机电一体化控制系统开放体系结构设计

机电一体化控制系统开放体系结构设计

董昊

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摘要：从机电一体化的发展历程来进行分析，我们可以看到，机电一体化的过程是一个综合而复杂的过程。机电一体化控制系统的开放式体系结构具有可移植性、可互换性以及档次皆宜性等特点，机电一体化开放式系统还能够有效控制不同层次结构的设计。本文主要分析了机电一体化控制系统开放体系结构的特征和设计进行分析，还分析了其具体的应用，对机电一体化控制系统的发展具有重要的意义。

关键词：机电一体化；控制系统；开放体系结构；设计

1.引言

机电一体化是集合计算机技术、微电子技术以及自动化技术等的先进技术。面对市场的订货的批量化，然后可以开发一种新的机电一体化系统，以满足新的产品设计的要求，这是非常重要的。以往的软件缺乏持续开发的能力，难以对软件进行扩张，所开发的系统或产品的标准是不一致的，这样就难以做到相互集成，造成重复开发和资源的浪费。本研究是探讨一种新的控制技术设计，即开放式的体系结构设计，因此，其具有一定的理论意义与实践意义。

2.开放系统结构设计

2.1开放式体系结构的特点

开放式系统具有可移植性和可操作性。所谓的可移植性指的是在系统应用软件的运行的时候不会受到其他系统的影响，换句话说，应用软件可以顺利地在各种操作系统的环境中正常运行。可操作性性是针对集成环境，可以实现不同系统之间的相互利用和相互的连通，从而能够有效实现不同系统之间的协同工作。此外，互换性是指对控制系统的各个组成部分进行分类，按照功能的不同可以实现相互的替换，在机电一体化控制系统还具有其开放性，不受任何专业供应商的限制，当然，也不用考虑版权成本的问题。

2.2开放式体系结构的意义

实现开发体系结构的标准生产，可以最大限度的减少软件开发的周期，能够满足客户的不同需求。开放式体系结构能够满足客户对于软件不同层次的需求。此外，从实用的角度来进行分析，开放式体系结构的设计可以将各种各样的应用集成在一起，能够大大降低了用户访问应用服务和访问控制系统的成本。这种系统的功能更强大，还具有相对较低的价格。开放式体系结构的研究和发展能够反映出我国制造业领域的发展水平，而且大大缩短我国制造业与发达国家水平之间的差距。

3.机电一体化控制系统开放体系中不同层次结构的设计

3.1典型的控制系统

典型的控制系统一般是由基本系统模块、输入输出模块、人机接口模块和专用模块等组成。该系统的基本模块是指最小系统的配置，可以实现系统的控制功能，一般包括微机系统、单片机系统和PLC控制系统。微机实时控制系统和个人的计算机进行比较，其可靠性和环境适应性更强。PLC系统更加容易控制，易于维修，还具有省电、低价格的优势。典型的控制系统的人机界面是人与计算机的连接信息交换接口部分，输入或输出模块是系统的基本模块，也能够实现人机接口模块之间的信息沟通。专用模板是一种专业性很强的模板，能够实现更加复杂的应用。

3.2系统层的开放设计

3.2.1系统层设计的开放化

首先根据加载操作系统软件层的方式，控制系统可以分为两类，即软件系统和硬件系统，并在允许的范围内相互联系。这是根据不同的产品和不同的组合，把系统软件固化在系统的硬件的ROM中。因此在软件执行模式的基础上，还可以根据软件系统的操作形式，将软件操作系统在RAM中运行，或者直接在ROM中操作。其次，嵌入式系统一般分为两种，一种是分布式的，另一种是独立式的，该系统通常采用单片机作为自己的微处理器。最后，由于个人电脑的快速发展，PC引入技术逐渐被引入到PC的开放式数控系统进行操作。其中通过PC连接CNC，在CNC中藏有PC、以及全软件CNC等开放化的组成类型。

3.2.2系统层和应用软件层的开放设计

以通用系统为基础来进行开发，这些共同的软件系统的接口，可以避免出现重复编程，使得系统的控制效益的得到了很大的提高。内部核心数据在通用操作系统中都是对公众开放的，所以需要把握通用操作系统的细节，这样就可以根据设计需要来进行相关软件的重组，从而在应用软件层开发出更好的软件。由于机电一体化是一个实时的任务系统，通用操作系统不能完全满足要求，还需要采用实时多任务操作系统，、VRTX嵌入式系统操作系统以及QNX操作系统等。

3.2.3接口控制和系统层之间的开放设计

接口空之城和系统层之间的开放设计主要是借助系统软件层与控制层的设备驱动程序，使应用软件层的开发能够实现设备的无关联性，对系统硬件和控制接口层需要进行控制，通过标准总线接口来实现接触。间接接口控制装置连接应用软件层，可以实现设备的无关联性。总线是指一组信号线，开放式的体系结构采用标准总线技术，能够有效解决控制接口层、系统层之间的连接问题。总线设计的一个重要的目的就是实现系统和插头连接设备之间的信号连接，使用标准总线技术是机电一体化控制系统开放式设计的一个发展趋势。

3.3应用软件层的开放化设计

应用软件层可以为操作人员提供一个良好的人机界面，实现无关联的设备，还能够提供一个调用操作系统的资源管理程序接口，能够有效实现应用软件的开放式设计。首先应用软件层开放必须建立在结构的基础上，基于数据流的模块化设计方法，对数字控制系统进行规划和设计。第二个是应用软件层的模块的划分，应用软件层可分为开放式人机界面和开放系统核心接口，并打开相应的设计。应用软件的核心通常和实时控制进行关联，它指的是应用软件完成实时控制和进行有效调度的核心部分。最后，开放式体系结构的设计中，所有人机界面控制模块组成，需要保证整个操作系统具有统一的风格，即使操作人员加强对软件的熟悉度，还要缩短训练的周期。

4.机电一体化控制系统开放体系结构的应用

机电一体化控制系统是工业生产调度发展的一个主要趋势，借助自动化控制平台，以信息技术为基础来实现工业生产的自动化控制。有助于加强生产设备的工作性能，还能够有效提高生产效率。同时，通过控制与信息处理部分发出的指令，可以快速完成规定的动作和功能。

4.1人机智能化

从科学和技术未来发展的角度来进行考虑，机电一体化一体化控制系统能够提高机械的智能化控制。人机智能化能够升级原有的控制模式，多功能控制技术作为一种补充方案中的应用。随着计算机应用技术的不断推广，智能机电一体化运作模式系数就会越高，大部分的手动操作可以由电脑处理平台的控制来代替，这些变化能够弥补传统工业生产模式中的不足。

4.2数字一体化

机电一体化控制的数字一体化是控制系统的延伸，高科技数字系统作为系统的支撑，对机电设备具有指令调度系统的作用，能够协助业界解决生产实际问题。微机控制平台的数字一体化，这种小型计算机具有传统计算机的数据处理功能，因为它的形状比较轻巧，在机电设备安装中更加合适。使用数字传感器的感应系统来实现实时控制，发现异常信号能够及时进行调整和修复，加快了数字系统的处理效率。

5.结论

总之，机电一体化控制系统开放的体系结构具有可移植性、互操作性和互换性。机电一体化控制系统的开放体系结构设计能够对开放体系中不同层次的结构进行设计，能够提高机电系统的智能化控制和数字一体化的控制，实现机电一体化控制系统的重点开放，促进机电一体化控制系统的快速发展。

参考文献

[1]朱凤花. 机电一体化控制系统开放体系结构设计[J]. 电子制作,2014(02).

[2]徐侃烈. 机电一体化系统集成的研究与研制[D].上海大学,2009.