开放式数控系统如何定义数控机床的智造未来？

　　自上世纪 50 年代世界上第一台采用 NC 硬件电路控制的三坐标数控铣床诞生伊始，到 70 年代以微处理器为核心的 CNC 计算机数控系统的相继出现，近半个世纪以来，凭借强大的数控编程灵活性以及计算机处理器高度计算能力带来的强大功能，CNC 很快占据了整个数控机床的主流。

　　而随着数字化浪潮和智能制造为核心特征的第四次工业革命的到来，传统 CNC 的主流地位是否还会持续？是否会有新的 CNC 架构涌现会改变我们对传统 CNC 的主流认知？

　　倍福对此也有自己的判断。

　　总线架构，真正开放

　　在对产品快速创新、灵活开发上市要求越来越高的今天，机床制造商无不越来越多地考虑如何根据客户需求快速而灵活地进行数控系统二次开发，同时保护自身的知识产权。

　　事实上，功能相对固定，软硬件相对专用的传统数控系统正在朝着更加开放趋势发展，尤其是借助开放的 PC 技术。无论是通过传统 CNC + PC 主板的方式，还是 PC + 运动控制的模式，都在一定程度上解决了兼顾实时运动控制与非实时控制，同时改善了人机界面交互。但这些架构由于仍然包括了专用硬件，扩展的局限性仍然存在。

　　真正开放的总线架构数控系统无疑代表了开放式数控技术的发展潮流。

　　这一开放式数控系统可谓机床数控领域的重要创新⸺ 其硬件、软件和总线规范都是真正外放的。由于有充足的软、硬件资源可被利用，系统软硬件可随着 PC 技术的发展而升级，不仅使数控系统制造商和用户进行的系统集成得到有力的支持，而也给专门针对用户的二次开发带来方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，开发周期大大缩短。

　　德国倍福公司创新的 PC + 软 CNC + EtherCAT 总线架构的数控系统解决方案，恰恰是这一技术潮流的典型代表。在这一方案中，硬件是独立的 PC 工业计算机、软件是具有基本 CNC 功能的开放式数控系统、使用全双工 100MHz 的 EtherCAT 实时总线通讯，大大降低了开发自主知识产权数控系统的门坎、同时快速满足市场的需求。

　　创新改变，源于细节

　　倍福基于总线架构的开放式 CNC 机床解决方案代表着功能更强，扩展性更好的一类数控自动化的技术新趋势。在这一方案中，主要包括了

　　直接集成 I/O 接口的紧凑型嵌入式控制器；

　　配备多核处理器的高端工业 PC；

　　多点触控面板；

　　支持 100 多种信号类型的 400 多种总线端子模块；

　　紧凑型伺服端子模块；

　　性能强大的 EtherCAT 总线驱动器；

　　采用单电缆技术的高动态性伺服电机，以及核心的 TwinCAT 软件，一个覆盖软 CNC 功能和其他控制软件的通用平台。

　　总体来看，倍福的 CNC 解决方案优势主要集中体现在：快速灵活定制⸺全新的 CNC 架构从根本上使得机床制造商拥有一个可以自由支配的模块化的工具包，无论是软 CNC 的灵活性，具有高度扩展性的驱动产品，灵活多样的 I/ O，定制化的控制面板设计，还是高速的实时总线 EtherCAT 技术，都将满足快速定制独一无二的个性化数控机床的要求，而无需增加成本甚至还可以降低成本。

　　保护知识产权⸺TwinCAT 3 软件为用户提供了一个简单而经济高效的模块化自动化工具箱。其中，TcCOM 概念是一种适合实时环境的“组件对象模型”，用户能够选择最适合手头任务的编程语言，并通过 TcCOM 的开放式界面将自己的专有工艺知识和自主开发的专用功能集成到标准控制平台中。这样可以带来的一大好处是，核心竞争力完全握在用户手中，受到第三方保护。可以方便快速地进行修改和调整。此外，还可以配备可靠的硬件加密狗，对自主编写的软件进行加密。

　　通用与开放⸺硬件和软件平台由标准组件构成，将所有自动化及 CNC 功能集成在同一个系统中，开放式接口允许集成现有的系统和现场总线以及灵活更换硬件组件。譬如，作为系统核心的软 CNC⸺TwinCAT 自动化软件不但提供了实时执行 PLC、HMI、NC、CNC 和机器人应用程序的运行环境，同时为编程、诊断和配置提供理想的开发环境。所有遵循 IEC 61131-3 标准的编程语言都可用于实时应用程序。基于开放的 Windows 操作系统开辟了更多的可能性，如集成到现有的可视化、控制和数据库系统中。

　　完整而强大的平台性能⸺无论是需要使用单台机床的应用，还是需要使用高度复杂的加工设备，亦或是传统的加工技术或者增材制造，该平台具有可扩展性强的特点，能够满足几乎所有性能等级需求，并且普遍适用于所有机器类型。