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附件1：外文資料翻譯譯文
CNC和PLC他們對于機床是同一概念嗎？
摘要
設(shè)計一個計算機數(shù)字控制器（CNC）,傳統(tǒng)做法是將裝置分為三個實體:一個可編程控制器（PLC）,一個可以稱之為CNC控制器（CNCD）的黑盒子，一個包含CNC軸向控制器和可以簡單描述為軸向?qū)嶓w的合成體。我們將指出這一機構(gòu)的缺點，展示一種新機構(gòu)并介紹他的優(yōu)勢所在。最后，在對比傳統(tǒng)PLC和新機構(gòu)之后，我們認為CNC就是一種改進的PLC。
PLC裝置
傳統(tǒng)的可編程控制器（PLC）是基于兩個主要模塊：控制臺和執(zhí)行器?？刂婆_向操作者提供了一個交互式設(shè)計的人機界面，由于這個原因，他不能實現(xiàn)實時約束。執(zhí)行器控制基本任務(wù)的時序以使PLC工作和確保相關(guān)的時間約束。執(zhí)行器啟動并管理不同的循環(huán)周期?？刂婆_的目標是人機界面而執(zhí)行器的目標是時序安排。可以這樣說，在大多數(shù)情況下，PLC的主要目標是在沒有控制臺的情況下單機運行。
CNC使用的分類
CNC對所有機床的應(yīng)用本質(zhì)上分為三個不同的種類：本地使用，直接數(shù)字化控制(DNC)和遠程使用。
在本地使用中，操作者在機床附近。他直接輸入命令，通過按下按鈕來控制機床和加工過程。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的標準代碼或類似代碼寫入的。
在這一背景下，對零件的設(shè)計和輔助制造也是可能的，盡管此類活動顯得與機床周圍糟糕的環(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 添加了從主機下載（向主機上傳）零件加工程序的功能，主機匯集了零件加工程序，可以被看作是一個文件服務(wù)器。這些操作仍然完全在位于機床附近的人工操作員的控制下。在某些情況下，在遠距離的操作者之間可能會使用郵件服務(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)部信息來報告CNC運作狀態(tài)，CNC也要可以接受控制指令并最終實現(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，得到的一個重要事實是：在柔性化制造中，由于人工操作者只在有維護任務(wù)時才直接面對CNC，所以對CNC來說人機交互界面變得無用了。事實上，在一個柔性化的制造環(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)計修改：雙體結(jié)構(gòu)
之前的設(shè)計思路將整個CNC劃分成兩個主要的部分：控制臺和執(zhí)行器。控制臺的目的是作為一個精細的人機交互界面或改進的終端。執(zhí)行器的目的是控制加工過程。嚴格意義上說，在柔性制造環(huán)境中，控制臺不是必須的，事實上所有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_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準。
控制臺的基本要求包括下列的功能：
l 顯示加工參數(shù)
l 以CNC標準代碼生成、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 對零件編程提供圖形幫助工具
l 以永久形式存儲（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統(tǒng)計信息
l 運行預設(shè)的測試程序以便執(zhí)行器為今后追逐已報告過的問題提供診斷計劃
l 可以打印出所有顯示或存儲的信息
建造一個控制臺的最常用方式是選擇一個微電腦，微電腦的操作系統(tǒng)和繪圖工具箱搭載適當軟件后能夠滿足先前提到的要求。作為一個獨立的單元，控制臺可以很容易的獨立于執(zhí)行器進行升級，以跟上加工方式的新發(fā)現(xiàn)（比如新的人機界面理念）和新的技術(shù)革新（比如新的具有更好性能的硬件）。此外，讓控制臺獨立是通用化控制臺設(shè)計的第一步。
這種狀況下的分析和對錯誤的診斷沒有進行錯誤分析的基礎(chǔ)上，我們可以對CNC和PLC來說，控制臺扮演著相同的角色。
在柔性化制造環(huán)境中，沒有操作員，機床獨立工作，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。更準確地說，執(zhí)行器的功能有以下三個基本要求：
執(zhí)行要求:
l 將以CNC標準代碼寫成的零件加工程序翻譯為機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（如潤滑液，換刀裝置）
l 生成加工軌跡
l 控制軸向進給
l 與現(xiàn)場總線（如果存在）通信
管理要求:
l 在加工過程中，以合適的方式存儲當前和下一步任務(wù)，以更新機床描述符（比如更新加工時間信息數(shù)據(jù)）
l 以半永久方式存儲設(shè)置參數(shù)
l 更新和管理包含標記為報告事件信息的日志
l 在適當時間進行自動診斷
獨立工作所需的附加要求
l 與管理計算機通信
l 探測刀具損壞
l 測量刀具磨損
l 確認刀具
l 管理和識別托盤
l 確認和測量加工零件
這些要求顯示執(zhí)行器幾乎受制于硬件的實時約束（與控制臺相反）。由于執(zhí)行器內(nèi)在的復雜性，CNC設(shè)計的訣竅就在于執(zhí)行器。處理這一部分必須小心，尤其在設(shè)計它的結(jié)構(gòu)時。
分析到這一步，有人會說網(wǎng)絡(luò)作為第三方，顯然就是DNC或遠程控制使用。事實上，考慮到類似加工自動化協(xié)議（MAP）這樣的網(wǎng)絡(luò)，潛在的復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)似乎會帶領(lǐng)我們闡述這個命題。但即便如此，這個想法不在本論文范圍之列。
執(zhí)行器設(shè)計 ：（傳統(tǒng)）方式
設(shè)計一個計算機數(shù)字控制器（CNC）的傳統(tǒng)方式是裝置分為三個實體：一個可編程控制器（PLC），一個可以稱之為CNC控制器（CNCD），一個包含CNC軸向控制器。PLC的主要功能是管理不同的機床附件（軸，潤滑液……）CNCD的主要任務(wù)是翻譯CNC國際標準代碼，向軸向控制器輸出移動量，以及處理操作者的動作并執(zhí)行。PLC和CNCD每個都包含CNC的一部分，單獨任何一個都不能進行CNC的控制。他們共同控制整個CNC。為了獲得一個控制命令，觸發(fā)器（可以是PLC或者CNCD）必須知道整個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)處于一個公共的雙通道存儲器中，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)傳輸率會造成嚴重阻塞。因為傳輸?shù)奈锢斫橘|(zhì)（通常是專用總線）必須有十分先進的性能，通常只有十分尖端的技術(shù)才能達到。1984年，瑞士聯(lián)邦理工學院開始研發(fā)CNC系統(tǒng)原型時，這一現(xiàn)象不十分明顯。在1987年7月，他們設(shè)計并實現(xiàn)了第一臺基于“傳統(tǒng)”CNC體系的原型。在那時，進一步的分析發(fā)現(xiàn)，這個系統(tǒng)原型有著嚴重的信息傳輸問題。因此，他們決定重新設(shè)計這個體系，并且研制第二個原型，驗證些新出現(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
一個主要基于[Gregotre87]和[Gregotre89]理論的研究表明，執(zhí)行中心可以設(shè)計成一個大型的有限狀態(tài)機，時序安排呼叫服務(wù)（圖1）。相比于傳統(tǒng)的體系相比，單實體控制執(zhí)行，執(zhí)行狀態(tài)整體集中于這個單實體中。這個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)行并且建立了強勁的結(jié)構(gòu)；它可以在任何時候做出準確的決定，使適當?shù)姆?wù)器工作。從執(zhí)行的角度看整個FSM可以被認為是一種PLC的核心。
服務(wù)器是一種相當獨立的程序?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，每臺服務(wù)器，應(yīng)該由自己的處理器執(zhí)行指令。然而，一些實際理念上，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單獨的處理器。實際上，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；
進給和控制軸板塊；
設(shè)備數(shù)據(jù)設(shè)置管理（恢復與存儲）。
其中一些服務(wù)器運行十分繁重的計算程序，給執(zhí)行這些程序的執(zhí)行器造成很大的負載系數(shù)。這主要是由于這些服務(wù)器用數(shù)字運算（如刀具修正器）或者分列運算法（如ISO編譯器）。由于性能原因，一個特定程序執(zhí)行可以將任務(wù)分配到高速的特殊控制板和復雜的硬件。假定這些控制板存在于PLC擴展板范圍中，只需要一個軟件去調(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”的準確定義是研究中新的焦點領(lǐng)域。可以假設(shè)，為了更精確，每一個服務(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。這也可能引導正式的技術(shù)描述。
實踐執(zhí)行
為了證實我們的理論，我們計劃在第二個CNC原型中執(zhí)行新提出體系。所選用的程序語言為ADA，因為它程序穩(wěn)定，并且簡便。全面的項目設(shè)計按照OO論執(zhí)行，在所有的設(shè)計方法中，這是最適合ADA所有的功能。
軟件的功能實體分部在遵循以下表中要求的硬件中
控制臺
IBM的PC VME板，可能在將來被UNIX工作站代替，它可以執(zhí)行所有控制臺的功能。
執(zhí)行
MOTOROLA MVME 133 XT cpu板，（MC68020, 25MHz）用于控制臺的通訊和耗時服務(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)場總線的通訊）
一些MOTOROLA MVME 133 XT cpu板，（MC68020, 25MHz）用于軸的分類機。每一個板塊執(zhí)行一個以上分類機（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，在日后升級之后被取消，由特殊的數(shù)字伺服控制器代替。
一個管理所有加工刀具傳感器和制動器的現(xiàn)場總線板塊，與軸有關(guān)的除外。這些最新的約束（暫時的）是由于現(xiàn)場總線存在與軸控制要求時間的延遲。（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)，使用一種特定的遠程程序響應(yīng)，這是專門為實現(xiàn)實時控制研發(fā)的。這個運行在主執(zhí)行板塊（FSM）的軟件和一種PLC中心軟件十分相似。所以，這個板塊可以方便的用PLC來替換。
上述關(guān)于軸的分布式差補的要求不會產(chǎn)生與我們第一個原型一樣的問題，因為，我們已經(jīng)采用了分散分類機，它執(zhí)行著如《Debourse87》所描述的概念。只需要升級和調(diào)整，如《Decotignie91》所描述的。
在寫這篇論文的時候，第二臺原型機已經(jīng)處于測試階段，但已經(jīng)達到完全的功能。
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，更確切點說，是一種進化了的PLC，因為它有著許多更高級的功能。實際上，這個新的體系結(jié)構(gòu)可以和一個PLC中心一起執(zhí)行命令，一個帶有可視為協(xié)處理器的CPU板，隸屬于PLC中心，執(zhí)行服務(wù)軟件,和PLC標準軸板塊執(zhí)行分散分類機軟件。
附件2：外文原文（復印件）