嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控技術及系統(tǒng)應用研究

王舒瑋

近年來，數(shù)控技術發(fā)展十分迅速，計算機技術也得到了廣泛應用。系統(tǒng)中的元件基本上都是分立的，在邏輯電路排列方式的基礎上進行數(shù)控運算。由此可見，計算機硬件是實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)價值的關鍵，而且隨著信息技術的深入，數(shù)控技術與網(wǎng)絡技術有效地結合在一起，成為一種以計算機系統(tǒng)為基礎的嵌入式網(wǎng)絡系統(tǒng)，具有信息處理等功能。基于此，本文研究了嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控技術及其系統(tǒng)應用。

1 嵌入式系統(tǒng)分析

1.1 嵌入式系統(tǒng)模型

嵌入式系統(tǒng)是一種以計算機為基礎的系統(tǒng)，其中包含多元化電子系統(tǒng)。通過對該系統(tǒng)進行分析，可以得出非電子系統(tǒng)能夠在嵌入式系統(tǒng)下完成模擬，大型系統(tǒng)往往是由多個嵌入式系統(tǒng)構成的，在這種情況下，系統(tǒng)與外界能夠進行信息的交流。除此之外，嵌入式系統(tǒng)能夠為其他系統(tǒng)提供良好服務，在信號輸入、輸出中有著至關重要的影響。如果結合計算機技術和嵌入式系統(tǒng)，不僅能夠控制機電，還能完善計算機微處理器傳感器及中央處理器等，促進網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的順利運行。所以，嵌入式系統(tǒng)也被稱為嵌入式網(wǎng)絡數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其具體模型如圖1所示。

圖1 嵌入式系統(tǒng)模型

1.2 嵌入式系統(tǒng)可重構能力

在嵌入式系統(tǒng)中，存在著一個中央處理器，該處理器能夠運算外界指令，同時實現(xiàn)微處理器的功能。此外，如果人們基于該理念綜合運用計算機技術和嵌入式系統(tǒng)，微處理技術會呈現(xiàn)出比較強的可編功能，由于微處理器具有較強的柔性特點，因此芯片使用會非常安全，數(shù)據(jù)傳輸也就更加便捷。而嵌入式系統(tǒng)的可重構能力源自軟件控制，在相應資源下可以進行計算機平臺的重構，之后將其應用在不同環(huán)境中。

其實，可重構的實際含義是資源的重復使用及共享資源，在沒有FPGA的基礎上，嵌入式網(wǎng)絡可重構能力主要源于重組方式，能夠進行軟件功能的重復使用。當FPGA出現(xiàn)之后，資源會變成文件形式，用戶使用會非常方便，從而實現(xiàn)系統(tǒng)硬件功能的強化。從廣義角度進行分析，嵌入式系統(tǒng)的可重構能力有利于實現(xiàn)硬件、軟件的更新，并且在裁剪的基礎上能夠實現(xiàn)計算機系統(tǒng)的數(shù)字控制和設計，充分體現(xiàn)了網(wǎng)絡數(shù)控的開放性[1]。

2 嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)結構

2.1 硬件結構

在嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)運行過程中，通過分析可知，其中包括多個嵌入式系統(tǒng)結構，而且數(shù)控操作、管理系統(tǒng)、顯示輸入裝置之間是相互連接的，能夠實現(xiàn)人機交互。通過數(shù)控操作管理系統(tǒng)的應用，人們能夠收集加工代碼并進行翻譯，對網(wǎng)絡系統(tǒng)的故障進行排查。此外，網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)中的以太網(wǎng)絡可以與外部網(wǎng)絡相連接，對數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)式及運行加以控制，與數(shù)控操作管理系統(tǒng)相比，現(xiàn)實和鍵盤輸入裝置更能實現(xiàn)現(xiàn)場的交互，在輸入操作指令、相關數(shù)據(jù)之后，系統(tǒng)會處于加工狀態(tài)。插補器、運動控制器能夠對插補、間隙補償進行運算，并且將速度控制信息傳輸?shù)角度胧剿欧刂破髦校度胧絇LC的應用能夠實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)中全部邏輯控制的優(yōu)化及完善，進而完成PLC功能。通過速度、位置伺服控制器，人們能夠對加工軸的速度和位置進行調(diào)整，遠程監(jiān)控不僅可以在NC客戶端的基礎上實現(xiàn)，也可以依靠Web瀏覽器的作用。對于嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)而言，其線路連接主要是在NC操作系統(tǒng)下，利用EIARS-485線路實現(xiàn)運動控制器與嵌入式PLC的連接，其中NC操作系統(tǒng)是采用以太網(wǎng)實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議以及全球數(shù)字系統(tǒng)連接的。不管是嵌入式系統(tǒng)還是網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)，都具備數(shù)控功能，在網(wǎng)絡互聯(lián)的基礎上，網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)和技術變成了控制執(zhí)行單位，能夠在遠程控制下與NC客戶溝通交流[2]。

2.2 軟件結構

通過分析嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)的軟件結構，人們可以得出其組成部分主要包括程序、伺服運動控制軟件等，具有控制組態(tài)軟件模塊價值。對于通用性設計而言，可以設計相對標準的接口，從而展示出代碼編譯、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。除此之外，PLC單元及數(shù)控單元是實現(xiàn)計算機輔助設計的關鍵，在進行數(shù)控軟件研發(fā)過程中，一般情況下會生成自動化的軟件，幫助用戶完成軟件下載。

數(shù)控系統(tǒng)中的定義模塊是在編譯語言應用下，選擇與數(shù)據(jù)描述相適應的組態(tài)軟件，并在嵌入式控制模塊下形成一個特定的軟件版本，發(fā)揮出特定功能，充分滿足用戶需求，實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的完善及優(yōu)化。在特定環(huán)境下，數(shù)控軟件能夠自主生成，再加上NCDL的描述，就會形成非常適合的匹配，完成數(shù)控軟件的下載后，已經(jīng)生成的數(shù)控軟件和嵌入式數(shù)控系統(tǒng)能夠一同使用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的順利傳輸，真正提升工作效率及數(shù)據(jù)傳輸安全性。

3 嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)的應用

3.1 中央數(shù)控單元

嵌入式中央數(shù)控單元主要采用ARM+DSP結構，其中ARM應用的是32位的S3C44B0X ARM芯片，而DSP應用的是32位的高性能DSP TMS320F2812，ARM與DSP之間能夠在串口的基礎上實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，而且還具備JTAG硬件調(diào)試功能。中央數(shù)控單元中DSP的CAN總線接口可以在CAN驅動下與其總線相連，切實提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，基本上能達到1MB/s。在DSP通用定時器下產(chǎn)生的PWM脈沖，其作為進給量可以添加一個I/O信號，從而變成加工軸上的進給信號。

對于嵌入式中央數(shù)控單元中的ARM而言，可以為uC/OS嵌入式操作系統(tǒng)提供運行環(huán)境，除去插補、刀補以及間隙補償，其他數(shù)控主程序都可以在ARM上面運行。除此之外，ARM還具有以下功能：與顯示、鍵入裝置相連接，實現(xiàn)人機交互；在串口的基礎上將編譯之后的插補代碼發(fā)送至DSP；在總線的基礎上進行系統(tǒng)的監(jiān)控[3]。中央數(shù)控單元中的DSP具有插補、刀補、間隙補償?shù)冗\算功能。此外，DSP可以利用高速現(xiàn)場總線將進給量傳輸?shù)剿欧刂葡到y(tǒng)中，或者在PWM、通用I/O接口的基礎上，實現(xiàn)四路獨立進給脈沖，達到伺服控制狀態(tài)。

3.2 顯示器及鍵入裝置

對于嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)而言，其中的顯示器、鍵入裝置主要采用的是256色的彩色液晶顯示器。在ARM芯片的集成的顯示控制功能下，可以實現(xiàn)顯示控制，所以，系統(tǒng)顯示也會變得更加簡單。由ARM芯片所提供的I/O接口，對鍵盤、按鍵輸入電路以及手搖脈沖具有開發(fā)功能。

3.3 嵌入式PLC

所謂嵌入式PLC，實際上是由C8051F022芯片構成的I/O控制板，可以在485異步串行總線的基礎上與中央控制單元連接在一起。在該系統(tǒng)中，能夠實現(xiàn)多軸聯(lián)動直線、圓弧以及多項式等曲線的插補。

4 結語

嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控技術具有應用性強、適應性好等特點，而且系統(tǒng)與技術軟硬件可以剪裁，并完成協(xié)同設計。嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)的應用，在發(fā)揮數(shù)控功能的同時也能提高性價比，所以，可以適當將嵌入式數(shù)控技術應用在不同的領域中，進而促進社會的可持續(xù)發(fā)展。

[1]于波.嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控技術與系統(tǒng)[J].黑龍江科技信息，2013，（26）：13.

[2]程穩(wěn).嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控技術與系統(tǒng)[J].科技與企業(yè)，2013，（14）：111-112.

[3]李濤.嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控技術與系統(tǒng)的研究[J].電子技術與軟件工程，2013，（23）：224-225.