目前開放化是數控系統的研究熱點。開放式的技術基礎就是系統的模塊化，然而這種模塊化的設計在實現數控系統增量式功能拓展的同時，往往因追求密集的軟硬件設計而造成數控系統體積龐大，接口繁雜，功能重疊等負面效應。集中式模塊化設計中模塊間的模擬量及并行連線的方式，也使得數控系統的整體結構變得復雜，在造成信息交互密集的情況下，系統的實時性得不到有效保證。另外，隨著工業現場環境和控制對象本身的日益龐雜，數控系統已從簡單的運動軌跡控制器轉變成貫穿數字化制造全過程的系統級平臺。數控設備在實現高速、高精、高效的加工自動化的過程中，對加工過程實時可控的要求越來越高，因此狀態監測也成為數控研究的一個重要方向。

　　與此同時，以Profibus為代表的現場總線技術已經進入相對成熟的階段。現場總線是應用在生產現場并在微機化測量設備之間實現雙向串行多節點數字通信的系統，是一種多點通信的開放化數字式底層控制網絡。并且現場總線還能夠與上層的企業內部網和英特網相連，為實現自動化企業一直追求的基于控制一監控一管理一體化的綜合自動化提供解決方案。隨著數控系統模塊化的趨勢。數控系統的很多功能單元已經擁有了單獨的控制器和運算器，具有了獨立的數據指令處理體系，迫切需要以一種全新的優化方式和拓撲結構融人到數控系統的功能框架中。而現場總線應用的基礎就是具備獨立智能控制能力和通訊能力的節點現場設備。可以說，將Profibus為代表的總線技術應用到分布式數控系統的設計中，以實現數控系統的開放性和狀態監測是合適的，并且符合未來技術發展的趨勢。因此本文以總線技術為基礎，結合網絡技術、組件技術和數據庫技術設計了一種開放式可監測的數控系統。

1 數控系統框架

　　系統分為上下兩層網絡，分別為底層設備互聯網絡和遠程故障監測診斷網絡。下層的設備互聯網絡由Profibus總線和SERCOS總線將各組成單元有機地聯系起來。以基于PC架構的控制器為核心，實現數控加工的正常控制和現場信號的采集、監測與上傳。上層監控網絡結合英特網技術和數據庫技術，采用三層C／S架構的信息交互模式。以數據庫為核心，將底層網絡上傳的數據存儲在數據庫服務器中，實現全系統的數據共享。上下網絡之間的數據通訊通過安裝在控制器上的監控工作站實現。其結構如圖1所示。

圖1系統框架

2 底層設備互聯網絡的軟硬件體系架構

　　2.1 基于總線技術的底層設備互聯網絡的硬件平臺

　　底層網絡是由控制器、伺服驅動單元、主軸單元、I／O邏輯控制單元、HMI單元、總線通信接口卡等以總線方式連接的網絡。系統中伺服驅動單元和主軸單元采用SERCOS總線連接。I／O單元、HMI單元通過Profibus—DP總線與數控系統連接。其結構框圖如圖2所示。

圖2底層網絡結構

　　由圖可見，相對于傳統的集中式數控系統結構，控制器的地位發生了變化。由原來的核心模塊變成了總線中的一個節點。盡管控制器仍然可以被設置為總線中的主設備并作為整個系統的控制主體，負責系統任務的發起和控制數據的生成。但通訊方式的改變使其在拓撲結構上與其他外圍設備節點處于同等地位。

　　2.1.1 系統采用的總線的特點及功能分析

　　現場設備層負責具體的生產及其任務協調，數據響應時間量級為毫秒級，故系統對連接分布式部件的現場總線有特殊的要求。下面分析SERCOS總線和Profibus-DP總線的各項指標是否符合數控系統的要求。

　　假設伺服控制算法、插補算法和自適應前饋補償算法執行周期分別為T1、T2和T3，且3種算法執行的頻率分別為f1、f2和f3，在此，f1

　　式中m為總線上一次傳輸的總比特數。如果根據實際要求計算出來的f小于現場總線的傳輸速率，則表示總線能滿足實際需求。下面分析SERCOS總線的特性。圖3為SERCOS總線的報文結構。