多过程数控系统任务控制器的设计与实现
|
摘要
数控系统作为衡量一个国家制造业水平的重要标志越来越受到人们的重视。目前,大多数数控系统已经具备了速度快、精度高和智能化的特点,但传统的数控系统,只能同时完成一个工序的加工。随着复合加工数控机床的发展,开发应用于复合加工数控机床的多过程数控系统已经成为一种必然趋势。
多过程数控系统能够并发的完成多个工序的加工,节省了系统的软硬件资源、提高了系统工作效率。本文在原有单过程蓝天数控系统的基础上,分析得出了多过程数控系统任务控制器的数据结构及其加工状态变迁,提出了一种基于RTLinux的多过程任务控制器的设计方案,重点解决了以下问题:
一是多过程数控系统中各进程间通信方式的设计。本文在给出多过程数控系统的体系结构、各组成模块功能的基础上,结合各模块对实时性的具体要求,给出了多过程数控系统进程间多通道通信机制的实现方案。
二是任务控制器的设计。为了更好的满足多过程控制,采用数据分离、代码重用的设计方法,对任务控制器内部模块进行了封装,使其结构更加合理清晰;同时,给出了过程的描述方法和并发调度方案,实现了在同一任务周期多个工件加工程序的并发执行。
三是多过程数控系统性能测试。本文在实验的基础上,得出了多过程数控系统的周期参数的最优配置;同时,将多过程数控系统和单过程数控系统作了比较,通过对实验数据分析,发现多过程数控系统在资源利用率和工作效率上都有较大提高,达到了预期的结果。
CNC system , as an important mark level of manufacturing industry for a nation, has attracted more and more attention. At present, most of the CNC systems are high-speed, high-accuracy and intelligentize, but there is one thing that they can only finish one process simultaneously. With the development of compound machine tool, it becomes a trend to develope multi-process CNC system.
Multi-process CNC system can accomplish more processes simultaneously, by this way more software and hardware resources can be saved and efficiency is improved. On the basis of analyzing the single-process LT-CNC system, The paper designed the task controller’s data struct and changes between every process status for multi-process CNC system which based on RTLinux. It mainly solves the following three problems:
1. Design and implementation of communication among processes. After giving the framework and functional modules of multi-process CNC system, this paper detailed the multi-channel communication mechanism among processes which meet the real-time performance’s requirement.
2. Design and implementation of task controller. Using the method of separating data and reusing code, this paper adopt wrapper method to meet the needs of multi-process control and make it’s structure more clearer. At the same time, it also details how the process to be described and how to be scheduled. Therefore, the aim of completing more processes in one task cycle comes true.
3. Performance test of multi-process CNC system. By doing many experiments, this paper got cycle parameter for the optimal configuration. Then, it compared multi-process CNC system with single-process CNC system and from the data this paper find that multi-process increased efficiency than single-process in the aspect of resource utilization and work efficiency.
多过程数控系统能够并发的完成多个工序的加工,节省了系统的软硬件资源、提高了系统工作效率。本文在原有单过程蓝天数控系统的基础上,分析得出了多过程数控系统任务控制器的数据结构及其加工状态变迁,提出了一种基于RTLinux的多过程任务控制器的设计方案,重点解决了以下问题:
一是多过程数控系统中各进程间通信方式的设计。本文在给出多过程数控系统的体系结构、各组成模块功能的基础上,结合各模块对实时性的具体要求,给出了多过程数控系统进程间多通道通信机制的实现方案。
二是任务控制器的设计。为了更好的满足多过程控制,采用数据分离、代码重用的设计方法,对任务控制器内部模块进行了封装,使其结构更加合理清晰;同时,给出了过程的描述方法和并发调度方案,实现了在同一任务周期多个工件加工程序的并发执行。
三是多过程数控系统性能测试。本文在实验的基础上,得出了多过程数控系统的周期参数的最优配置;同时,将多过程数控系统和单过程数控系统作了比较,通过对实验数据分析,发现多过程数控系统在资源利用率和工作效率上都有较大提高,达到了预期的结果。
CNC system , as an important mark level of manufacturing industry for a nation, has attracted more and more attention. At present, most of the CNC systems are high-speed, high-accuracy and intelligentize, but there is one thing that they can only finish one process simultaneously. With the development of compound machine tool, it becomes a trend to develope multi-process CNC system.
Multi-process CNC system can accomplish more processes simultaneously, by this way more software and hardware resources can be saved and efficiency is improved. On the basis of analyzing the single-process LT-CNC system, The paper designed the task controller’s data struct and changes between every process status for multi-process CNC system which based on RTLinux. It mainly solves the following three problems:
1. Design and implementation of communication among processes. After giving the framework and functional modules of multi-process CNC system, this paper detailed the multi-channel communication mechanism among processes which meet the real-time performance’s requirement.
2. Design and implementation of task controller. Using the method of separating data and reusing code, this paper adopt wrapper method to meet the needs of multi-process control and make it’s structure more clearer. At the same time, it also details how the process to be described and how to be scheduled. Therefore, the aim of completing more processes in one task cycle comes true.
3. Performance test of multi-process CNC system. By doing many experiments, this paper got cycle parameter for the optimal configuration. Then, it compared multi-process CNC system with single-process CNC system and from the data this paper find that multi-process increased efficiency than single-process in the aspect of resource utilization and work efficiency.
引文
[1] 田晓旭.国产数控系统突围进行时[J].数控机床市场,2008 年第 2 期.
[2] “十一五”末国产数控机床内需将提升[J].电加工与模具,2007 年第 5 期.
[3] 陈吉红,李斌,朱志红,彭芳瑜,叶伯生.由汉诺威 EMO 2005 看数控系统的发展趋势及思考[J].世界制造技术与装备市场,2006 年第 1 期.
[4] 邹兆东,贺艳.数控系统发展趋势[J].机械研究与应用,2006 年 19 卷 1 期.
[5] 陈吉红.我国数控系统技术发展现状及趋势[J].现代制造, 2007 年 22 期.
[6] 孙斌,杨汝清.基于 PC 的数控系统的研究现状和发展趋势[J].机床与液压,2001 年第 4 期.
[7] 厉海燕,李新明.Linux 操作系统特性分析[J].微机发展,2002 年 12 卷第 1期.
[8] 刘兵,吴煜煌等编著.Linux 实用教程[M].北京:水利水电出版社,2004 年 7月.
[9] 李晓东.Linux 操作系统的功能,特性及发展[J].现代计算机:下半月刊,1999年第 5 期.
[10] 卞玉萍,康宇斌.RTLinux 的原理分析及其应用研究[J].福建电脑,2008 年第 1 期.
[11] 邢国良,韦宏利,伍卫国,陈剑.基于 Linux 的实时操作系统的分析与研究[J].小型微型计算机系统,2001 年 22 卷第 8 期.
[12] 于峰.RTLinux 实现实时性能[J].开放系统世界,2004 年第 5 期.
[13] 卢艳军,任朝晖.基于 RCS 方法的数控系统中 I/O 控制器结构的研究[J].组合机床与自动化加工技术,2005 年第 4 期.
[14] 梁红波,裴海龙,杨春.利用 RCS 开发工具构建实时控制系统[J].福建电脑,2006 年第 5 期.
[15] RCS Library Utilities Guide[EB/OL]. http://www.isd.mel.nist.gov/projects/rcslib/utils.html.
[16] NML Guide (C++ Version)[EB/OL/]. http://www.isd.mel.nist.gov/projects/rcslib/NMLcpp.html.
[17] 吴文江,张杰,彭正森等.基于 RT-Linux 的数控系统进程间通信方式的研究[J].小型微型计算机系统,2007 年 28 卷第 5 期.
[18] 王世铀,毕硕本.一种改进的共享存储通信机制[J].小型微型计算机系统,1999 年 20 卷 9 期.
[19]卢绮闽,舒嵘.RTLinux 下的一种实时应用通信机制[J].单片机与嵌入式系统应用. 2003.
[20]Michael Beck,Harald Bohme,Mirko Dziadzka,Ulrich Kunitz,Robert Magnus,Claus Schroter,Dirk Verworner 著,张瑜,杨继萍等译.Linux内核编程指南[M].北京:清华大学出版社,2004 年 11 月.
[21] 赵炯 编著.Linux 内核完全剖析[M].北京:机械工业出版社,2006 年 1 月.
[22] 王永青,刘晓梅.RTLinux 在开放式数控系统中的应用[J].机床与液压, 2006年 3 期.
[23] 成勋.基于 RTLinux 的数控系统通信的实现[J].福建电脑,2006 年 9 期.
[2] “十一五”末国产数控机床内需将提升[J].电加工与模具,2007 年第 5 期.
[3] 陈吉红,李斌,朱志红,彭芳瑜,叶伯生.由汉诺威 EMO 2005 看数控系统的发展趋势及思考[J].世界制造技术与装备市场,2006 年第 1 期.
[4] 邹兆东,贺艳.数控系统发展趋势[J].机械研究与应用,2006 年 19 卷 1 期.
[5] 陈吉红.我国数控系统技术发展现状及趋势[J].现代制造, 2007 年 22 期.
[6] 孙斌,杨汝清.基于 PC 的数控系统的研究现状和发展趋势[J].机床与液压,2001 年第 4 期.
[7] 厉海燕,李新明.Linux 操作系统特性分析[J].微机发展,2002 年 12 卷第 1期.
[8] 刘兵,吴煜煌等编著.Linux 实用教程[M].北京:水利水电出版社,2004 年 7月.
[9] 李晓东.Linux 操作系统的功能,特性及发展[J].现代计算机:下半月刊,1999年第 5 期.
[10] 卞玉萍,康宇斌.RTLinux 的原理分析及其应用研究[J].福建电脑,2008 年第 1 期.
[11] 邢国良,韦宏利,伍卫国,陈剑.基于 Linux 的实时操作系统的分析与研究[J].小型微型计算机系统,2001 年 22 卷第 8 期.
[12] 于峰.RTLinux 实现实时性能[J].开放系统世界,2004 年第 5 期.
[13] 卢艳军,任朝晖.基于 RCS 方法的数控系统中 I/O 控制器结构的研究[J].组合机床与自动化加工技术,2005 年第 4 期.
[14] 梁红波,裴海龙,杨春.利用 RCS 开发工具构建实时控制系统[J].福建电脑,2006 年第 5 期.
[15] RCS Library Utilities Guide[EB/OL]. http://www.isd.mel.nist.gov/projects/rcslib/utils.html.
[16] NML Guide (C++ Version)[EB/OL/]. http://www.isd.mel.nist.gov/projects/rcslib/NMLcpp.html.
[17] 吴文江,张杰,彭正森等.基于 RT-Linux 的数控系统进程间通信方式的研究[J].小型微型计算机系统,2007 年 28 卷第 5 期.
[18] 王世铀,毕硕本.一种改进的共享存储通信机制[J].小型微型计算机系统,1999 年 20 卷 9 期.
[19]卢绮闽,舒嵘.RTLinux 下的一种实时应用通信机制[J].单片机与嵌入式系统应用. 2003.
[20]Michael Beck,Harald Bohme,Mirko Dziadzka,Ulrich Kunitz,Robert Magnus,Claus Schroter,Dirk Verworner 著,张瑜,杨继萍等译.Linux内核编程指南[M].北京:清华大学出版社,2004 年 11 月.
[21] 赵炯 编著.Linux 内核完全剖析[M].北京:机械工业出版社,2006 年 1 月.
[22] 王永青,刘晓梅.RTLinux 在开放式数控系统中的应用[J].机床与液压, 2006年 3 期.
[23] 成勋.基于 RTLinux 的数控系统通信的实现[J].福建电脑,2006 年 9 期.