软件CNC结合了不同的加工工作负载

用于计算机数控(CNC)机器的PC架构可以通过将人机界面功能与确定性机器控制和网络接口相结合来降低系统成本。在标准PC上托管CNC所带来的硬件独立性让客户可以根据自己的需求选择最佳平台，并跟随技术的发展。客户不会被锁定在特定的硬件供应商，PC标准确保用户每花一美元就能获得最大的功能。

创建一个独立于硬件的数控软件平台是ISAC srl在意大利的目标。数控机床可以包含多个计算平台:通常一个用于支持操作员，程序开发接口和过程跟踪软件，至少一个用于控制加工过程的运动和操作。当支持两种功能的应用软件托管在不同的操作环境中时，就会出现这样的设计。许多第三方人机界面(HMI)和过程控制软件包依赖于为pc开发的技术成果，而机器控制软件通常依赖于为实时响应硬件驱动事件而优化的操作系统。通用操作系统，如微软Windows或Linux的某些版本，用于人为导向的应用程序，但不能可靠地响应高速机器过程，如高性能机床。

实时CNC要求

“CNC应用对实时响应的要求非常高，”ISAC研发经理Andrea De Nardis说。控制目标点之间的高速运动需要在不到1毫秒的时间内完成数学插值，而网络接口，如EtherCAT，由EtherCAT技术组(ETG)管理的以太网协议，可能需要短至250µs的扫描时间。每个操作必须同时管理，不能丢失数据，而工作负载处理在Microsoft Windows环境中继续进行。德纳迪斯说，一些基于个人电脑的操作系统可能无法做到这一点。即使是多核平台也可能在长期测试中出现问题。De Nardis建议说，没有内存分页和具有存储和任务调度限制的软件可能缺乏支持计算机辅助加工(CAM)应用程序所需的性能特征，而这些应用程序与强大的hmi相结合。

嵌入式虚拟化

在同一计算平台上集成机器控制和人为导向功能需要同时支持每个操作环境。关键是一种特殊的软件虚拟化，称为嵌入式虚拟化。与IT服务器应用程序中目前使用的虚拟化类型不同，在服务器平台上运行相同操作系统(OS)的多个副本，嵌入式虚拟化允许为不同类型的任务量身定制的不同操作系统在同一平台上运行，同时保留实时操作系统的确定性(见图)。

De Nardis说:“我们依靠嵌入式虚拟化技术，在不牺牲实时响应能力的前提下，在一台标准PC上同时运行多种操作环境。”“如果没有嵌入式虚拟化，确保确定性只能使用更昂贵的多平台方法和专用的实时控制计算机。”

通用现场总线支持很重要

EtherCAT被用作主要的接口现场总线，因为它得到了大量输入/输出(I/O)和伺服设备供应商的支持。该接口支持100 Mb/s的全双工通信，无数据缓冲的信息交换，以及允许在纳秒范围内远程从设备同步的分布式时钟功能。ISAC采用了集成配置器的标准。在ISAC系统中，I/O和网络接口在实时操作系统(RTOS)中作为独立的处理工作负载运行，从而确保在处理其他任务的同时满足接口的时序要求。

在标准的基于pc的平台上运行CNC软件也意味着可以使用广泛使用的基于pc的软件包来开发应用软件。例如，为了缩短和简化实时和Microsoft Windows应用程序的软件开发过程，使用Microsoft Visual Studio开发和调试所使用的实时软件的应用程序。

通过结合处理工作负载，利用标准PC平台架构和嵌入式虚拟化，ISAC软件允许操作员创建考虑到被控制机器的真实状态(如实际刀具尺寸)的程序，并通过对轨迹或加工参数进行或大或小的更改来改善加工，并立即检查结果。

- Kim Hartman是TenAsys销售和营销副总裁;主编埃里克·r·艾斯勒石油与天然气工程，eeissler@cfemedia.com．

关键概念

• EtherCAT被用作主要的接口现场总线，因为它得到了大量I/O和伺服设备供应商的支持。
• 在同一计算平台上集成机器控制和人为导向功能需要同时支持每个操作环境。
• 数控应用需要实时响应。

考虑一下这个

嵌入式实时操作系统可以帮助您的高性能加工应用程序吗?

在线额外

请参阅下面关于CNC软件的其他故事。

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?您应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得您和您的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。