一种高性能、开放式软件数控系统及其应用

自 1952 年诞生第一台数控机床，数控机床的发展经历了数字控制(NC) 、计算机数字控制
(CNC) 两个阶段。数控系统也从第一代采用电子管起，历经了采用晶体管、小规模集成电路、

小型计算机技术到 1974 年左右发展到采用微处理器的专用 NC 阶段。90 年代初期，数控系

统进入基于 PC 机的阶段。基于 PC 机的数控系统(CNC)又分为以下几种类型：

(1) PC 机嵌入 NC 型

在传统的专用 NC 中简单地嵌入 PC 技术，NC 可以共享一些计算机的软硬件资源，而计算

机只参加辅助编程、分析、监控、生产管理和工艺编制等工作。由于这种数控系统的 NC 部分

仍是专用结构，用户无法进入数控系统的核心，所以属于初步开放的数控系统。

(2) NC 嵌入 PC 型

这是完全采用 PC 机为硬件平台的数控系统，运动控制(包括轴控制和机床逻辑控制)功能

由配有专用控制芯片的独立的运动控制器完成，通常以 PC 插件(符合 ISA 或 PCI 总线标准)

形式的硬件或通过网络连接的嵌入式系统实现。运动控制软件由 NC 生产厂商设计，用户

无法修改。只是 NC 的上层软件 (数控语言解释器 /人机界面等 )以 PC 操作系统 (例如
Windows)为平台，因此这种数控系统只是在上位机层面上实现了开放性。

(3) 全软件型

这是完全采用 PC 机软件控制的一种数控系统，它把运动控制器以应用软件的形式实现，

这是一种最新开放体系结构的数控系统，能够提供给用户最大的选择和灵活性，已经成为
新一代 CNC 的主流。

众所周知，目前最常用的 Windows 桌面操作系统是多线程、抢先多任务的 32 位操作系统，

实时性比较差。而实时控制又是数控系统的关键所在，它决定了数控机床的加工速度和加
工精度。因此有些数控系统采用原始的 DOS 操作系统作为软件平台，可以满足一般的实时

性要求。但是，运行在实模式下的 16 位单任务的 DOS 操作系统没有发挥出 32 位 PC 机的优

势，而且应用程序受 640k 内存限制，并可直接对硬件操作，系统可靠性也很难保证。而目

前市场上基于 Windows 的实时操作系统(或软件)，如 WindowsCE. NET 等的价格又比较昂

贵，不利于在数控机床行业的普及。本文介绍的香港海德盟数控技术有限公司开发的 Hi-
800 系列基于 PC 的数控系统引入德国 Power Automation(以下简称 PA)公司的实时控制内核，

弥补了 Windows 桌面操作系统实时性差的不足，是一种真正的全软件型开放式数控系统，

可广泛应用于各种数控机床、加工中心及一些特殊用途机床的复杂控制中。

Hi-800 数控系统组成

Hi-800 系列数控系统是按照工业级标准，应用 PC 技术制造的高性能 CNC。系统采用
Windows NT 操作系统及 PA 实时内核(Real Time Kernel)，使用户可以拥有操作方便的窗口

式人机界面，同时使得利用硬盘作为 NC 内存成为可能。而且从简单的串行口到复杂的通

信网络都能得到应用。

Hi-800 数控系统硬件设计

由于运动控制和逻辑控制功能都由软件实现，因此 Hi-800 系列数控系统硬件只有控制器、

键盘和显示器、NC 操作面板和相应的扩展版卡等部件组成，其外形结构如图 1 所示。