数控系统中的接口技术

安阳师范学院学报　５７　

数控系统中的接口技术　

高庆武　

（安阳技师学院，河南安阳４５５０００）　

［摘要］驱动器的智能化数字化和数字控制接口的发展对数控系统的开放性要求使数字控制结构产生了非常大　的变化。目前性能最好的开放式数字运动控制接口是ＳＥＲＣＯＳ接口，它的应用既提高了数控系统的精度、速度、可靠性、　可扩展性与可维护性，又实现了控制器和驱动器间的技术独立性，推进了控制系统软件化，从而使数控系统的开放性和　经济性更高。　［关键词］数控系统；机床；接口技术　［中图分类号］ＴＰ２７１　．５　［文献标识码］Ａ　［文章编号］１６７１—５３３０（２０１０）０２—０（３５７—０３　

数控系统包括控制器和伺服传动系统，它们　

之间的信息交换能力直接影响数控系统的性能。　

从２０世纪７０年代起，控制器已由硬件电路控制　

提升为计算机数字控制（ＣｏｍｐｕｔｅｒＮｕｍｅｒｉｃＣｏｍｒｏｌ，　

ＣＮＣ）。而近些年来，数字式伺服系统由于具有高　

速、高精度和无漂移等特点，发展非常迅速。数控　

系统是指通过控制传统机械加工机床来进行零件　

加工的计算机系统。数控系统是数控技术的核　

心，从上世纪９０年代初开放式数控系统便引起人　

们的注意。初期结构是面向硬件、软件与特定装　

置。软件环境需要以微机为基础的现代数控机床　

控制，其复杂控制功能能够根据需要实现加工质　

量的提高，加工时问进一步缩短。可以自行定义　

接口与软件平台的开放式数控系统面向软件配　

置，其功能能够不断集成于控制系统中，使网络化　

的制造环境得以形成。对于机床制造商和用户来　

说非常有利的一点是：把控制系统软、硬件彻底分　

开，并且根据需要及技术发展分别升级相应硬、软　

件。为使机床性能得到提高他们进入数控系统内　

部接口，便可以按照加工过程要求，修改、删除与　

添加系统控制功能。用户根据自己的特殊需要和　

经验，可以通过外部接口，添加需要的功能。无庸　

质疑，机床控制技术发展方向就是开放式控制系　

统，它将给数控机床制造商、系统供应商、最终用　

户增加效益。　

［收稿日期］２０１０—０３—１５　［作者简介］高庆武，男，主要从事数控技术的研究　数控系统的通信接口及通信协议决定了计算　

机与数控加工设备的通信方式。数控系统常见的　

通信接口和通信协议如下：　

１　数控装置的键盘输入接口　

１．分类：全编码键盘与非编码键盘。　

２．键盘输入信息的过程：操作者按键一）键　

扫描一）键译码一）执行按键功能。１）全编码键　

盘：键的识别由键盘的硬件逻辑自动提供被按键　

的ＡＳＣＨ代码或其他编码，并能产生一个选通脉　

冲向ＣＰＵ申请中断，ＣＰＵ响应后将键的代码输入　

内存，通过译码执行该键的功能，其优点是使用方　

便、但是价格昂贵；２）非编码键盘：键的识别与　

译码由软件来实现，采用程序查询的方法来扫描　

键盘。　

２数控装置的显示功能接口　

１．分类：现代ＣＮＣ装置采用ＣＲＴ、ＬＣＤ作为　

显示器。　

２．显示接口的功能：显示器既能显示字符，又　

能显示图形，还具有丰富的软件菜单功能以简化　

操作过程。　

３数控装置的串行通信接口　

数据在设备间的传送可用串行或并行方式，

　５８　安阳师范学院学报　２０１０正　

相隔距离较远时可采用串行通信方式。　

１．常用的串行通信接口Ｒｓ２３２ｃ／２０Ｍａ电流　

环、ＲＳ４２２／ＲＳ４４９。　

２．使用ＲＳ２３２Ｃ串行通信接口要注意的问题　

。１）要区分互相通信的设备是ＤＴＥ还是ＤＣＥ；２）　

有两个地，即机壳地（连到系统屏蔽罩上）和信号　

地（信号参考点），通信电缆总长不超过３０ｍ；３）　

ＲＳ２３２Ｃ的逻辑与ＴＴＬ、ＭＯＳ电路电平不同。由　

此可知：最常用的数控系统通信接口是异步串行　

通信接口，所有数控系统都几乎包含此接口，而　

且，ＲＳ２３２接口也用于ＤＮＣ接口板。如今，一种　

新的ＵＳＢ接口在计算机应用领域替代ＲＳ２３２接　

口，可接鼠标、键盘、打印机与扫捕仪，昔Ｅｌ采用　

ＲＳ２３２接口的部分由众多基于ＵＳＢ的外设取代。　

ＵＳＢ接口和ＲＳ２３２接口相比其优势在于：（１）　

ＵＳＢ可支持超过１２７个外设，与ＲＳ２３２的点对点　

连接相比，ＵＳＢ接口系统的采用使一台ＰＣ控制　

多台ＮＣ成为可能，从而效率大大提高、成本降　

低、控制方便，协同制造更有利于实现；（２）ＵＳＢ　

总线可以提供三种数据传输速率：低速数据传输、　

全速数据传输和高速数据传输，均高于ＲＳ２３２的　

速率２０ｋｂ／ｓ，在加工曲率变化很大的曲面时，ＵＳＢ　

高速数据传输优势特别明显；（３）ＵＳＢ有效连接　

距离能够通过集线器扩展连接，最多可以扩展到　

５级，距离能够达到３０ｍ，远远超过ＲＳ２３２在数据　

传输时最大距离１５ｍ；（４）ＵＳＢ还有一个特点表　

现在支持热拔插，此种特性尤其适合于环境生产　

布局调整频繁的地方。当出现故障需要停机维修　

时，增减ＮＣ时用户能够直接将设备接入系统，大　

大降低生产调整时间；（５）ＵＳＢ传输数据具有较　

好容错性、价位低、使用方便等。通过以上分析，　

相对于ＲＳ２３２接口数控系统采用ＵＳＢ接口具有　

很多优势，技术提高较为明显。　

４数控装置的网络通信接口　

１．协议的概念：通信一定在两个系统的对应　

层次内进行，而且要遵守一系列的规则和约定，称　

之为协议。　

２．常见的网络通信协议及其特点：１）以ＩＳＯ　

开放式互联系统参考模型的七层结构为基础的有　

关协议；２）采用ＩＥＥＥ８０２局部网络有关协议。制　

造自动化协议ＭＡＰ（ＦＡＮＵＣ、Ｓｉｅｍｅｎｓ、Ａ—Ｂ等公　

司支持ＭＡＰ协议）。　５其他接口　

手轮输入用于连接手轮ＭＰＧ脉冲发生器　

（又称手摇脉冲发生器）。它广泛用于机床的手　

动轴移动操作。ＭＰＧ每转能输出１００个脉冲的　

电信号，信号分为Ａ、Ｂ两路，均为方波信号，其相　

位相差９０。。ＭＰＧ与ＣＮＣ通过４根信号线＋５Ｖ、　

ＧＮＤ、Ａ、Ｂ相联。ＣＮＣ通过判断其Ａ、Ｂ信号相位　

超前或滞后关系来判断ＭＰＧ正反转，通过检测　

ＭＰＧ所发脉冲个数来控制坐标轴移动的距离。　

其可分为固定式和便携式两类。　

ＳＥＲＣＯＳ接口是数字控制器和伺服驱动器间　

串行实时通信总线，是当今唯一用于运动控制的　

开放式接口，受到众多厂商的广泛支持。ＳＥＲＣＯＳ　

接口是用于数控系统及数字式伺服驱动器之间通　

信的唯一国际标准，目前在世界范围内广泛应用。　

数字控制结构产生了很大变化，源于驱动器的智　

能化、数字化和数字运动控制接口的发展和制造　

业对数控系统的开放性要求。目前性能最好的开　

放式数字运动控制接口国际标准ＳＥＲＣＯＳ接口　

（ＩＥＣ６１４９１）的应用既提高了数控系统的精度、速　

度、可靠性、可扩展性和可维护性，又实现了驱动　

器与控制器间的技术独立性，推动了控制系统的　

软件化，从而使数控系统开放性和经济性更高。　

以工业计算机为硬件平台，以Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统　

为软件平台，以ＳＥＲＣＯＳ总线为数字伺服驱动接　

口的系统以强大的功能、良好的人机界面、可扩展　

性、可移植性、可操作性、互交换性、可重用性、易　

维护性成为开放式数控系统发展趋势之一。并　

且，开放式的体系结构便于在工厂环境内实现计　

算机集成制造系统，易于实现工业信息化。　

新一代数控系统最大特点在于采用皮米级插　

补技术与串行实时通信接口，速度控制、位置控　

制、伺服电动机控制以及精密插补得以集成在一　

起。借助ＳＥＲＣＯＳ有助于数字伺服驱动技术将数　

控系统和伺服机构连接起来，大幅度提高系统传　

输率、响应速度，可达纳秒级。　

插补精度与数控系统性能和数控机床加工精　

度以及效率的提高是密不可分的。如果插补精度　

越高，那么在零件加工中可以进一步提高尺寸精　

度，同时机床运动就有较高的平稳性，表面粗糙度　

从而变得越小，刀具磨损也越小，经济效益便得到　

显著改善。　

随着新时代的到来，机械制造业也要与时俱　第２期　高庆武：数控系统中的接口技术　５９　

进。以采用Ｐｃ为主控制器并且将计算机技术、　

网络技术与传统控制技术相结合的数控系统正成　

为机械制造领域的新发展。随着技术普及，互联　

网进入车间仅是时间问题，这将成为数字化制造　

的主要标志之一。　

［参考文献］　

［１］赵长德．工业用微型计算机［Ｍ］．北京：机械工业出版　社，２０００．　［２］韩鸿脔．数控加工工艺学［Ｍ］．北京：中国劳动社会保　

障出版社，２００５．　［３］朱正伟．数控机床机械系统［Ｍ］．北京：中国劳动社会　

保障出版社，２００４．　

Ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ　ｉｎ　ＣＮＣ　

ＧＡ０　Ｑｉｎｇ—ＷＵ　

（Ａｎｙａｎｇ　Ｔｅｃｈｏｎｏｌｏｇｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ａｎｙａｎｇ　４５５０００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｄｒｉｖｅ，ｄｉｇｉｔａｌ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ａｎｄ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｍｏｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒ　

ｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｐｅｎ　ＣＮＣ　ｓｙｓｔｅｒｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｔｏ　ｍａｋｅ　ｔｏｄａｙｇ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｈａｓ　ｈａｄ　ａ　ｍａｊｏｒ　ｃｈａｎｇｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃ　

ｔｕｒｅ．ＳＥＲｃｏｓ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｓｔ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｍｏｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ａｎ　ｏｐｅｎ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｓｔａｎｄ　

ａｒｄ．　Ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｎｏｔ　ｏｎ１ｙ　ｉｍｐｒｏｖｅｓ　ｔｈｅ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ，ｓｐｅｅｄ，ａｃｃｕｒａｃｙ，ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，　

ａｎｄ　ｃａｎ　ｍａｉｎｔａｉｎ　ｈｅａｌｔｈ．　ａｎｄ　ａｌｓｏ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ａｎｄ　ｄｒｉｖｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ，ｔＯ　

Ｄｒ０ｍｏｔｅ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ　ａ　ｈｉｇｈｅｒ　ｏｐｅｎ　ＣＮＣ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｙ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＣＮＣ；Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｔｏｏｌ；Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　『责任编辑：Ｄ］