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附件1：外文資料翻譯譯文
CNC和PLC他們對(duì)于機(jī)床是同一概念嗎？
摘要
設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算機(jī)數(shù)字控制器（CNC）,傳統(tǒng)做法是將裝置分為三個(gè)實(shí)體:一個(gè)可編程控制器（PLC）,一個(gè)可以稱之為CNC控制器（CNCD）的黑盒子，一個(gè)包含CNC軸向控制器和可以簡(jiǎn)單描述為軸向?qū)嶓w的合成體。我們將指出這一機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)，展示一種新機(jī)構(gòu)并介紹他的優(yōu)勢(shì)所在。最后，在對(duì)比傳統(tǒng)PLC和新機(jī)構(gòu)之后，我們認(rèn)為CNC就是一種改進(jìn)的PLC。
PLC裝置
傳統(tǒng)的可編程控制器（PLC）是基于兩個(gè)主要模塊：控制臺(tái)和執(zhí)行器?？刂婆_(tái)向操作者提供了一個(gè)交互式設(shè)計(jì)的人機(jī)界面，由于這個(gè)原因，他不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)約束。執(zhí)行器控制基本任務(wù)的時(shí)序以使PLC工作和確保相關(guān)的時(shí)間約束。執(zhí)行器啟動(dòng)并管理不同的循環(huán)周期?？刂婆_(tái)的目標(biāo)是人機(jī)界面而執(zhí)行器的目標(biāo)是時(shí)序安排。可以這樣說，在大多數(shù)情況下，PLC的主要目標(biāo)是在沒有控制臺(tái)的情況下單機(jī)運(yùn)行。
CNC使用的分類
CNC對(duì)所有機(jī)床的應(yīng)用本質(zhì)上分為三個(gè)不同的種類：本地使用，直接數(shù)字化控制(DNC)和遠(yuǎn)程使用。
在本地使用中，操作者在機(jī)床附近。他直接輸入命令，通過按下按鈕來控制機(jī)床和加工過程。他也可以創(chuàng)建和修改刀具描述符和零件加工程序，這些是以CNC的標(biāo)準(zhǔn)代碼或類似代碼寫入的。
在這一背景下，對(duì)零件的設(shè)計(jì)和輔助制造也是可能的，盡管此類活動(dòng)顯得與機(jī)床周圍糟糕的環(huán)境質(zhì)量（比如噪音，高溫，灰塵）格格不入。
DNC（直接數(shù)字化控制）使用 添加了從主機(jī)下載（向主機(jī)上傳）零件加工程序的功能，主機(jī)匯集了零件加工程序，可以被看作是一個(gè)文件服務(wù)器。這些操作仍然完全在位于機(jī)床附近的人工操作員的控制下。在某些情況下，在遠(yuǎn)距離的操作者之間可能會(huì)使用郵件服務(wù)器。這一類CNC使用方式，除了能向服務(wù)器傳輸零件加工程序和刀具描述符之外，與前一種使用并沒有本質(zhì)上的不同。
第三種使用方式與柔性化加工有關(guān)而且可以自我說明。它向CNC提供完全的遠(yuǎn)程控制。CNC必須可以控制和調(diào)節(jié)刀具和零件，可以發(fā)送收集到的足夠的內(nèi)部信息來報(bào)告CNC運(yùn)作狀態(tài)，CNC也要可以接受控制指令并最終實(shí)現(xiàn)與外部程序的同步。所有這些新功能帶來了一些重要的需要定義的問題，比如 “任務(wù)概念”[備注88],但由于這些并非本論文的主要目的，此處不再贅述。從第三類使用中，得到的一個(gè)重要事實(shí)是：在柔性化制造中，由于人工操作者只在有維護(hù)任務(wù)時(shí)才直接面對(duì)CNC，所以對(duì)CNC來說人機(jī)交互界面變得無用了。事實(shí)上，在一個(gè)柔性化的制造環(huán)境中，操作CNC的必需部分只是執(zhí)行器。
現(xiàn)在我們可以說我們的主要目標(biāo)就是找到一種可以滿足以上三種使用方式的體系。
CNC設(shè)計(jì)修改：雙體結(jié)構(gòu)
之前的設(shè)計(jì)思路將整個(gè)CNC劃分成兩個(gè)主要的部分：控制臺(tái)和執(zhí)行器?？刂婆_(tái)的目的是作為一個(gè)精細(xì)的人機(jī)交互界面或改進(jìn)的終端。執(zhí)行器的目的是控制加工過程。嚴(yán)格意義上說，在柔性制造環(huán)境中，控制臺(tái)不是必須的，事實(shí)上所有CNC控制和決策的的智能是集中在控制器上的，因此創(chuàng)建了一種只帶有開/閉開關(guān)和急停按鈕的黑盒子?？刂婆_(tái)和執(zhí)行器應(yīng)具備哪些具體功能，怎樣選擇必須有一些表述清楚的標(biāo)準(zhǔn)。
控制臺(tái)的基本要求包括下列的功能：
l 顯示加工參數(shù)
l 以CNC標(biāo)準(zhǔn)代碼生成、顯示和編輯零件加工程序
l 生成、顯示和編輯刀具描述符
l 對(duì)零件編程提供圖形幫助工具
l 以永久形式存儲(chǔ)（硬盤）零件加工程序和刀具描述符
l 在CNC設(shè)置階段能輔助自動(dòng)調(diào)節(jié)并顯示狀態(tài)
l 調(diào)整軸向控制器的參數(shù)
l 設(shè)置執(zhí)行器的設(shè)置參數(shù)
l 向執(zhí)行器載入工作指令
l 為日后分析顯示和存儲(chǔ)統(tǒng)計(jì)信息
l 運(yùn)行預(yù)設(shè)的測(cè)試程序以便執(zhí)行器為今后追逐已報(bào)告過的問題提供診斷計(jì)劃
l 可以打印出所有顯示或存儲(chǔ)的信息
建造一個(gè)控制臺(tái)的最常用方式是選擇一個(gè)微電腦，微電腦的操作系統(tǒng)和繪圖工具箱搭載適當(dāng)軟件后能夠滿足先前提到的要求。作為一個(gè)獨(dú)立的單元，控制臺(tái)可以很容易的獨(dú)立于執(zhí)行器進(jìn)行升級(jí)，以跟上加工方式的新發(fā)現(xiàn)（比如新的人機(jī)界面理念）和新的技術(shù)革新（比如新的具有更好性能的硬件）。此外，讓控制臺(tái)獨(dú)立是通用化控制臺(tái)設(shè)計(jì)的第一步。
這種狀況下的分析和對(duì)錯(cuò)誤的診斷沒有進(jìn)行錯(cuò)誤分析的基礎(chǔ)上，我們可以對(duì)CNC和PLC來說，控制臺(tái)扮演著相同的角色。
在柔性化制造環(huán)境中，沒有操作員，機(jī)床獨(dú)立工作，執(zhí)行器包含所有適用于柔性化制造環(huán)境所需要的功能。更準(zhǔn)確地說，執(zhí)行器的功能有以下三個(gè)基本要求：
執(zhí)行要求:
l 將以CNC標(biāo)準(zhǔn)代碼寫成的零件加工程序翻譯為機(jī)床可以理解和處理的中介代碼
l 根據(jù)加工程序所選的機(jī)床修正加工軌跡
l 管理不同加工步驟地序列
l 控制輔助部件（如潤(rùn)滑液，換刀裝置）
l 生成加工軌跡
l 控制軸向進(jìn)給
l 與現(xiàn)場(chǎng)總線（如果存在）通信
管理要求:
l 在加工過程中，以合適的方式存儲(chǔ)當(dāng)前和下一步任務(wù)，以更新機(jī)床描述符（比如更新加工時(shí)間信息數(shù)據(jù)）
l 以半永久方式存儲(chǔ)設(shè)置參數(shù)
l 更新和管理包含標(biāo)記為報(bào)告事件信息的日志
l 在適當(dāng)時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)診斷
獨(dú)立工作所需的附加要求
l 與管理計(jì)算機(jī)通信
l 探測(cè)刀具損壞
l 測(cè)量刀具磨損
l 確認(rèn)刀具
l 管理和識(shí)別托盤
l 確認(rèn)和測(cè)量加工零件
這些要求顯示執(zhí)行器幾乎受制于硬件的實(shí)時(shí)約束（與控制臺(tái)相反）。由于執(zhí)行器內(nèi)在的復(fù)雜性，CNC設(shè)計(jì)的訣竅就在于執(zhí)行器。處理這一部分必須小心，尤其在設(shè)計(jì)它的結(jié)構(gòu)時(shí)。
分析到這一步，有人會(huì)說網(wǎng)絡(luò)作為第三方，顯然就是DNC或遠(yuǎn)程控制使用。事實(shí)上，考慮到類似加工自動(dòng)化協(xié)議（MAP）這樣的網(wǎng)絡(luò)，潛在的復(fù)雜性和稱作加工信息規(guī)范（MMS）的應(yīng)用層所提供的服務(wù)似乎會(huì)帶領(lǐng)我們闡述這個(gè)命題。但即便如此，這個(gè)想法不在本論文范圍之列。
執(zhí)行器設(shè)計(jì) ：（傳統(tǒng)）方式
設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算機(jī)數(shù)字控制器（CNC）的傳統(tǒng)方式是裝置分為三個(gè)實(shí)體：一個(gè)可編程控制器（PLC），一個(gè)可以稱之為CNC控制器（CNCD），一個(gè)包含CNC軸向控制器。PLC的主要功能是管理不同的機(jī)床附件（軸，潤(rùn)滑液……）CNCD的主要任務(wù)是翻譯CNC國際標(biāo)準(zhǔn)代碼，向軸向控制器輸出移動(dòng)量，以及處理操作者的動(dòng)作并執(zhí)行。PLC和CNCD每個(gè)都包含CNC的一部分，單獨(dú)任何一個(gè)都不能進(jìn)行CNC的控制。他們共同控制整個(gè)CNC。為了獲得一個(gè)控制命令，觸發(fā)器（可以是PLC或者CNCD）必須知道整個(gè)CNC系統(tǒng)的狀態(tài)。因此，PLC和CNCD共享狀態(tài)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)處于一個(gè)公共的雙通道存儲(chǔ)器中，或者，在處于最差的情況下，這些數(shù)據(jù)一直不斷在PLC和CNCD間交換。因而，這信息交換所需要的高速數(shù)據(jù)傳輸率會(huì)造成嚴(yán)重阻塞。因?yàn)閭鬏數(shù)奈锢斫橘|(zhì)（通常是專用總線）必須有十分先進(jìn)的性能，通常只有十分尖端的技術(shù)才能達(dá)到。1984年，瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院開始研發(fā)CNC系統(tǒng)原型時(shí)，這一現(xiàn)象不十分明顯。在1987年7月，他們?cè)O(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了第一臺(tái)基于“傳統(tǒng)”CNC體系的原型。在那時(shí)，進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)，這個(gè)系統(tǒng)原型有著嚴(yán)重的信息傳輸問題。因此，他們決定重新設(shè)計(jì)這個(gè)體系，并且研制第二個(gè)原型，驗(yàn)證些新出現(xiàn)的想法。在深入研究信息傳輸問題之后，他們著手開始工作。
執(zhí)行者：PLC核心
一個(gè)主要基于[Gregotre87]和[Gregotre89]理論的研究表明，執(zhí)行中心可以設(shè)計(jì)成一個(gè)大型的有限狀態(tài)機(jī)，時(shí)序安排呼叫服務(wù)（圖1）。相比于傳統(tǒng)的體系相比，單實(shí)體控制執(zhí)行，執(zhí)行狀態(tài)整體集中于這個(gè)單實(shí)體中。這個(gè)方法解決了先前所提到的共有數(shù)據(jù)問題。
圖1
FSM的作用在于，保證了不同服務(wù)器之間的同步問題。FSM控制執(zhí)行并且建立了強(qiáng)勁的結(jié)構(gòu)；它可以在任何時(shí)候做出準(zhǔn)確的決定，使適當(dāng)?shù)姆?wù)器工作。從執(zhí)行的角度看整個(gè)FSM可以被認(rèn)為是一種PLC的核心。
服務(wù)器是一種相當(dāng)獨(dú)立的程序?qū)嶓w，有著自己的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也可以與其他服務(wù)器共享，并且擁有代表服務(wù)器狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息。從原理上講，每臺(tái)服務(wù)器，應(yīng)該由自己的處理器執(zhí)行指令。然而，一些實(shí)際理念上，遵循的是編組原則，即將一些服務(wù)器編為一組，然后分配給每一組一個(gè)單獨(dú)的處理器。實(shí)際上，服務(wù)器概念所包含的內(nèi)容比它本身更廣泛，它包括所有CNC執(zhí)行所能找到的所有任務(wù)。例如：
將部分用ISO編碼寫的程序翻譯成中間碼；
出于工具尺寸和磨損問題的考慮，更正軌跡；
進(jìn)給和控制軸板塊；
設(shè)備數(shù)據(jù)設(shè)置管理（恢復(fù)與存儲(chǔ)）。
其中一些服務(wù)器運(yùn)行十分繁重的計(jì)算程序，給執(zhí)行這些程序的執(zhí)行器造成很大的負(fù)載系數(shù)。這主要是由于這些服務(wù)器用數(shù)字運(yùn)算（如刀具修正器）或者分列運(yùn)算法（如ISO編譯器）。由于性能原因，一個(gè)特定程序執(zhí)行可以將任務(wù)分配到高速的特殊控制板和復(fù)雜的硬件。假定這些控制板存在于PLC擴(kuò)展板范圍中，只需要一個(gè)軟件去調(diào)試。所以，現(xiàn)在的PLC硬件經(jīng)過少許的調(diào)整，就可以重新使用。
“服務(wù)器”的準(zhǔn)確定義是研究中新的焦點(diǎn)領(lǐng)域?？梢约僭O(shè)，為了更精確，每一個(gè)服務(wù)器的規(guī)范必須是正式的。由于服務(wù)器可以視為CNC 可再使用部件的種類，有一些要求必須注意，而FSM，集合了這些。這也可能引導(dǎo)正式的技術(shù)描述。
實(shí)踐執(zhí)行
為了證實(shí)我們的理論，我們計(jì)劃在第二個(gè)CNC原型中執(zhí)行新提出體系。所選用的程序語言為ADA，因?yàn)樗绦蚍€(wěn)定，并且簡(jiǎn)便。全面的項(xiàng)目設(shè)計(jì)按照OO論執(zhí)行，在所有的設(shè)計(jì)方法中，這是最適合ADA所有的功能。
軟件的功能實(shí)體分部在遵循以下表中要求的硬件中
控制臺(tái)
IBM的PC VME板，可能在將來被UNIX工作站代替，它可以執(zhí)行所有控制臺(tái)的功能。
執(zhí)行
MOTOROLA MVME 133 XT cpu板，（MC68020, 25MHz）用于控制臺(tái)的通訊和耗時(shí)服務(wù)（ISO編譯器，修正工具和MSD管理）
MOTOROLA MVME 133 XT cpu板（MC68020, 25MHz）用于FSM執(zhí)行，輔助設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊）
一些MOTOROLA MVME 133 XT cpu板，（MC68020, 25MHz）用于軸的分類機(jī)。每一個(gè)板塊執(zhí)行一個(gè)以上分類機(jī)（確切的數(shù)量視結(jié)構(gòu)而定）。這些板塊支持軸的服務(wù)器。
一些TMS320C25板塊，用于軸控制器。這些板塊，在日后升級(jí)之后被取消，由特殊的數(shù)字伺服控制器代替。
一個(gè)管理所有加工刀具傳感器和制動(dòng)器的現(xiàn)場(chǎng)總線板塊，與軸有關(guān)的除外。這些最新的約束（暫時(shí)的）是由于現(xiàn)場(chǎng)總線存在與軸控制要求時(shí)間的延遲。（詳情可參考《baguette et al 91》）
所有的硬件集中在VME架上。所有的板塊通過同一個(gè)總線連接。因此所有執(zhí)行板塊的信息交流通過共享內(nèi)存。服務(wù)器的響應(yīng)，使用一種特定的遠(yuǎn)程程序響應(yīng)，這是專門為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制研發(fā)的。這個(gè)運(yùn)行在主執(zhí)行板塊（FSM）的軟件和一種PLC中心軟件十分相似。所以，這個(gè)板塊可以方便的用PLC來替換。
上述關(guān)于軸的分布式差補(bǔ)的要求不會(huì)產(chǎn)生與我們第一個(gè)原型一樣的問題，因?yàn)?，我們已?jīng)采用了分散分類機(jī)，它執(zhí)行著如《Debourse87》所描述的概念。只需要升級(jí)和調(diào)整，如《Decotignie91》所描述的。
在寫這篇論文的時(shí)候，第二臺(tái)原型機(jī)已經(jīng)處于測(cè)試階段，但已經(jīng)達(dá)到完全的功能。
結(jié)論
新介紹的CNC體系結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的PLC體系結(jié)構(gòu)相比，有很多的相似之處。這證明了CNC也是一種PLC，或者，更確切點(diǎn)說，是一種進(jìn)化了的PLC，因?yàn)樗兄S多更高級(jí)的功能。實(shí)際上，這個(gè)新的體系結(jié)構(gòu)可以和一個(gè)PLC中心一起執(zhí)行命令，一個(gè)帶有可視為協(xié)處理器的CPU板，隸屬于PLC中心，執(zhí)行服務(wù)軟件,和PLC標(biāo)準(zhǔn)軸板塊執(zhí)行分散分類機(jī)軟件。
附件2：外文原文（復(fù)印件）