本发明专利技术提供用于构成数控系统的软件架构和硬件架构。软件架构依次包括：内核层、设备抽象层、基础核心层、服务抽象层及应用层；其中，内核层用于为软件架构提供基础操作系统和任务调度功能；设备抽象层用于抽象各类外部硬件设备接口并解耦内核层及上层；上层包括基础核心层、服务抽象层及应用层；基础核心层用于实现数控系统的核心业务功能；服务抽象层用于将底层通过抽象服务的形式向应用层提供各类接口，与应用层解耦；底层包括内核层、设备抽象层及基础核心层；应用层包括应用管理框架和具体应用；应用管理框架为数控系统的开发和运行提供基础，以供应用层实现应用驱动。本发明专利技术有助于用户根据应用需求实现数控系统的快速重构和扩展。和扩展。和扩展。
【技术实现步骤摘要】
用于构成数控系统的软件架构和硬件架构
[0001]本专利技术涉及数控系统架构领域，特别是涉及用于构成数控系统的软件架构和硬件架构。
技术介绍
[0002]目前市场上的数控系统主要都面向加工过程，基于G、M代码编程，大都参考ISO6983标准进行实现，指令形式抽象、扩展性差，不仅仅对操作编程有着极高的学习要求，且本身限制颇多。随着产业和技术的不断发展，数控技术从传统的应用领域逐渐扩展到各种专用机床和其他机械设备，数控系统的应用领域也越来越广泛，出现了各种结构、面向各种行业的专用设备，这种面向加工过程功能固化的系统设计缺陷日益凸显。面对越来越多新兴制造场景和应用需求，当前的数控技术已经渐渐难以满足行业多元化和多层次应用需求，数控系统的开放化、复合化、智能化和网络化诉求已经成为行业发展的新痛点。
[0003]行业内一直在尝试寻找一种新的方式来驱动和操作数控机床，并提出了很多方法，类似STEP-NC、开放式数控系统等概念。同时行业内也出现了很多专机，扩展了很多专用功能来方便特定行业的用户使用。但是上述概念和系统，其设计常常在易用性、通用性和专用性之间艰难平衡和取舍，除了开放式数控系统之外，发展均不理想。且其中的开放式数控系统，虽名曰开放，但是几乎所有的数控系统厂家均自成体系，依赖专用硬件，向用户提供封闭的整体解决方案，除了能够替换部分类似主轴电机、驱动等部件外，系统的开放基本有限，用户对于系统的功能和配置也无法自由定制。
技术实现思路
[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供用于构成数控系统的软件架构和硬件架构，用于解决现有技术中的以上问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种用于构成数控系统的软件架构，依次包括：内核层、设备抽象层、基础核心层、服务抽象层及应用层；其中，所述内核层用于为所述软件架构提供基础操作系统和任务调度功能；所述设备抽象层用于抽象各类外部硬件设备接口并解耦所述内核层及上层；所述上层包括所述基础核心层、所述服务抽象层及所述应用层；所述基础核心层用于实现数控系统的核心业务功能；所述服务抽象层用于将底层通过抽象服务的形式向所述应用层提供各类接口，与所述应用层解耦；所述底层包括所述内核层、所述设备抽象层及所述基础核心层；所述应用层包括应用管理框架和具体应用；所述应用管理框架为数控系统的开发和运行提供基础，以供所述应用层实现应用驱动。
[0006]于本专利技术一实施例中，所述内核层包括：实时内核模块、Linux内核模块、设备驱动模块，以及接口设备驱动程序/总线协议栈；其中，所述实时内核用于实现数控系统的运动控制任务的周期性实时调度；所述Linux内核用于处理数控系统的非实时任务并提供Linux服务；所述设备驱动用于基于所述Linux内核实现各类非实时外部设备驱动；所述接口设备
驱动程序/总线协议栈用于基于所述实时内核实现各类有实时性要求的接口设备驱动或总线协议栈，完成上层应用与当前设备的交互。
[0007]于本专利技术一实施例中，所述基础核心层包括：实时任务管理框架、PLC运行时框架及CNC运行时框架；其中，所述实时任务管理框架用于数控系统运动控制核心功能的任务管理和调度管理；以及，抽象所述实时内核的接口，将其与所述上层实现解耦；所述PLC运行时框架包括：PLC抽象接口、PLC核心、功能块管理器及通讯接口；所述PLC抽象接口用于对交互接口进行抽象，解耦所述PLC核心以实现所述PLC核心的可替换功能；所述PLC核心用于实现PLC的核心功能；所述功能块管理器用于管理、加载用户自定义的功能块；所述通讯接口用于PLC开发环境与PLC运行环境的交互；所述CNC运行时框架包括：CNC核心库、插补通道、辅助通道、实时模块管理器、位置环模块、CNC逻辑指令处理模块；所述CNC核心库用于提供可被调用的各类运动控制算法；所述插补通道用于根据输入的NC代码处理多轴联动的运动指令及轨迹规划；所述辅助通道用于控制用于根据输入的NC代码控制和操作CNC中各类无需联动插补的辅助轴；所述实时模块管理器用于管理所述CNC运行时框架中的子模块；所述位置环模块用于处理各轴的位置环控制；所述CNC逻辑指令处理模块用于处理CNC指令中非运动的逻辑指令。
[0008]于本专利技术一实施例中，所述插补通道和所述辅助通道分别分成多个通道，每个通道独立工作或各通道通过调度协同工作；所述插补通道内包括以下模块：译码模块，用于将NC代码翻译成内部指令格式；刀补模块，用于处理NC代码中的刀具半径补偿；速度规划模块，用于对NC代码生成的运动指令进行速度规划，生成位置指令；多轴插补模块，用于将速度规划生成的位置指令处理成位置细分指令；误差补偿模块，用于对发出的位置细分指令进行误差补偿。
[0009]于本专利技术一实施例中，所述服务抽象层采用共享内存、消息队列及远程调用实现对服务的抽象，实现各类同步或异步的服务抽象接口。
[0010]于本专利技术一实施例中，所述应用管理框架包括标准模块及用户自定义模块；其中，所述标准模块包括：插件管理、桌面管理、配置管理、消息管理、服务管理、包管理、参数管理、任务管理、信号管理、窗口管理、日志管理、命令管理、权限管理、脚本管理及授权管理中的至少一种。
[0011]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种电子设备，包括所述的用于构成数控系统的软件架构。
[0012]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种用于构成数控系统的硬件架构，包括：核心层，即所述的电子设备；设备接入层，与所述电子设备连接，包括用于与外部设备连接的各类硬件接口；设备层，与所述设备接入层连接，包括通过对应的硬件接口连接所述电子设备的外部设备。
[0013]于本专利技术一实施例中，所述硬件接口包括：PC接口、现场总线接口、网关接口中的至少一种。
[0014]于本专利技术一实施例中，所述外部设备包括：伺服、I/O、操作面板、传感器及RFID中的至少一种。
[0015]如上所述，本专利技术的用于构成数控系统的软件架构和硬件架构，具有以下有益效果：
[0016]1、本专利技术提供了一种统一的开放架构，解决最基本的数控系统可重构和可扩展问题，允许来自不同厂商的软硬件模块在同一平台上协调运行，不再局限于市场上常见的数控系统构成形式，用户可以自由调整和修改构成数控系统的软硬件模块，根据应用需求实现系统的快速重构和扩展。
[0017]2、本专利技术所提出的架构提供了一种更具弹性的系统构建和应用方式：
[0018](1)通过实时模块管理器，支持实时空间的应用模块动态扩展和加载；
[0019](2)通过应用管理框架，支持非实时空间的应用模块动态扩展和加载；
[0020]注：本领域技术人员应当知晓，现有技术中，在实时操作系统下，所有的实时任务运行在实时空间，所有的非实时任务运行在非实时空间。这是一个抽象概念上的空间，而非物理空间。简单说就是不同的程序任务空间，相互分隔，有不同属性。
[0021](3)通过PLC抽象接口及CNC抽象接口设计结合实时模块管理器本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于构成数控系统的软件架构，其特征在于，依次包括：内核层、设备抽象层、基础核心层、服务抽象层及应用层；其中，所述内核层用于为所述软件架构提供基础操作系统和任务调度功能；所述设备抽象层用于抽象各类外部硬件设备接口并解耦所述内核层及上层；所述上层包括所述基础核心层、所述服务抽象层及所述应用层；所述基础核心层用于实现数控系统的核心业务功能；所述服务抽象层用于将底层通过抽象服务的形式向所述应用层提供各类接口，与所述应用层解耦；所述底层包括所述内核层、所述设备抽象层及所述基础核心层；所述应用层包括应用管理框架和具体应用；所述应用管理框架为数控系统的开发和运行提供基础，以供所述应用层实现应用驱动。2.根据权利要求1所述的软件架构，其特征在于，所述内核层包括：实时内核模块、Linux内核模块、设备驱动模块，以及接口设备驱动程序/总线协议栈；其中，所述实时内核用于实现数控系统的运动控制任务的周期性实时调度；所述Linux内核用于处理数控系统的非实时任务并提供Linux服务；所述设备驱动用于基于所述Linux内核实现各类非实时外部设备驱动；所述接口设备驱动程序/总线协议栈用于基于所述实时内核实现各类有实时性要求的接口设备驱动或总线协议栈，完成上层应用与当前设备的交互。3.根据权利要求2所述的软件架构，其特征在于，所述基础核心层包括：实时任务管理框架、PLC运行时框架及CNC运行时框架；其中，所述实时任务管理框架用于数控系统运动控制核心功能的任务管理和调度管理；以及，抽象所述实时内核的接口，将其与所述上层实现解耦；所述PLC运行时框架包括：PLC抽象接口、PLC核心、功能块管理器及通讯接口；所述PLC抽象接口用于对交互接口进行抽象，解耦所述PLC核心以实现所述PLC核心的可替换功能；所述PLC核心用于实现PLC的核心功能；所述功能块管理器用于管理、加载用户自定义的功能块；所述通讯接口用于PLC开发环境与PLC运行环境的交互；所述CNC运行时框架包括：CNC核心库、插补通道、辅助通道、实时模块管理器、位置环模块、CNC逻辑指令处理模块；所述CNC核心库用于提供可被调...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄云鹰，朱志浩，邱明勇，赵建华，
申请(专利权)人：沈机上海智能系统研发设计有限公司，
类型：发明
国别省市：
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