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随着计算机、通讯技术的飞速发展，在工业控制领域，开放式数控系统的研究和应用是必然趋势。国家计划发展委员会与在1999年7月14日发布的当前国家优先发展的高技术产业化重点领域指南（目录）中第八项“制造”的首项列为：适用、*的数控机床及开放式数控系统（总第112小项）可见，国家非常重视开放式数控系统的研究与开发，因为她直接关系到我国制造领域的竞争力水准，并进而决定了整个工业基础是否牢固。开放式数制系统以其互操作性、移植性、互换性和伸缩性的优良特性，方便了各种控制要求的系统集成和*终用户的使用。

　　在开放式数控系统的研究中，用软件来实现控制系统的核心功能已经具有可行性。控制系统的高度实时性对操作系统提出了特殊的要求，本文将就全软件开放式数控系统的操作系统平台选用进行具体分析，进而给出具体应用实现。

　　1数控系统的实时性要求目前的数控系统结构，无论是专用系统还是基于PC机，受计算机性能和操作系统的限制，都采用软硬件结合的体系结构。

　　与开放式控制系统相对应的专用封闭控制系统目前还占据着相当大的一部分市场，包括FANUC、AB和SIEMENS的各种数控装置。这些控制系统的硬件结构和控制软件都是专用设计，为满足实时性要求很高的插补运算、位置控制，或者采用专用的硬件实现，或者采用多CPU分别对其服务。基于PC的数控系统得益于PC机获得了一定程度的开放性，系统建立在通用的操作系统之上，主要米用Wimows+DOS的操作系统平台，因为目前Windows的产品不支持实时性要求很高的实时任务的调度管理，只能用于人机界面和实时性弱的任务，而位置控制和插补运算则通过硬件插板完成。

　　由于数控硬件一般都是专用设计，灵活性差，制约着数控系统的开放步伐。相反，全软件控制系统具有方便，灵活的特点，充分利用流行的操作系统平台作支撑，标准的应用开发环境，具有较好的互操作性、移植性、互换性和伸缩性展现其良好的开放性能。和传统的基于PC的结构比较，全软件数控系统要解决插补运算和位置控制的软件化问题。而所选用的操作系统对强实时功能的支持成为全软件数控的关键。

　　数控系统功能按实时性可以分为强实时、弱实时和非实时。所谓强实时，即系统必须在给定的时间范围内结束控制任务的处理，否则后果不堪设想。弱实时是如果系统不能*保证在允许的时间内对控制要求给出反应，可以迟一些做出反应。非实时则对系统响应时间无严格要求。例如，插补运算2ms进行一次粗插补，位置控制1ms进行一次采样，如果操作系统的调度管理不能及时对它们响应，则会出现断续加工状态。虽然译码、刀补和速度计算和插补紧密相关，因为在自动加工过程中，它们经常等待插补运算，因此是弱实时任务。人机界面中的显示更新则一般考虑到人视觉因素，定为100ms以上，属于非实时任务。

　　2操作系统实时性的分析在开放式控制系统中使用操作系统，首先要考虑操作系统的应用范围，其次是对实时任务的支持程度。

　　所谓开放，就是被广泛使用与接受。在以往的实时控制系统中，大都采用如VxWorks，RTOS和QNX等专用的实时操作系统，不符合开放的趋势和要求。而目前广泛使用的是Microsoft的Wm（i）ws和Unix的各种版本（Linux除外）但这些操作系统的各种版本又不能*支持实时控制，这就构成了矛盾的两个方面。

　　等特点被广泛用于工业控制中，但于弱实时要求的控制系统中。对于Windows系统，它本身就是通过截取DOS的08H中断来实现的一个基于消息驱动的实时多任务操作系统。在Widows的消息中，时钟消息WM-TIMER被认为是不太重要的消息，在消息队列总是排在*后，而且当消息队列中有多条WM-TIMER消息时，Wid（ws系统本身会把所有的WM-TMER消息合并成一条WM-TIMER消息。简单地依靠Windows系统本身的时钟消息不能*控制系统的要求。另5以上的系统中，系统本身对硬件实现了屏蔽，在用户应用程序中直接访问硬件会产生异常结构。这就说明在Wimbws平台下的应用程序中，直接对硬件访问是行不通的，不能获得所需的时钟精度。

　　改造，推出了基于实时控制的WindowsCE.其中WindowsCE3.0的中断响应速度可达50us，*可以满足硬实时的要求，但它*大的缺点是只支持1/3的Win32API，不能满足GUI，网络的要求，因此不能*胜任实时控制。另外，目前讨论很多的Linux也是作为实时控制操作系统平台的一个希望。美国新墨西哥矿业技术大学开发了Real―TimeLinux（RT一Linux）但它也有以下几个缺点：安全性不能*得到保证；以上这些缺点都限制了Linux在实时控制系统中的应用，但随着Linux研究的深入和应用范围的不断扩大，它作为实时控制系统的操作系统平台还是很有希望的。

　　成熟。而WindowsNT的实时扩展系统的应用确是一个好的发展方向。许多第三方软件商针对WindowsNT开发了相应的实时扩展，有RadSys公司的Intime和Ven-tuCom公司的RTX等。它们的解决方案都是利用Win-d（wsNT实现弱实时控制任务，充分利用NT强大的图形界面开发功能、网络和安全等等优势，而实时任务则依靠实时扩展来实现。

　　3WindowsNT+实时扩展平台上的应用实现我们认为开发全软件开放式控制系统应采用前后台结合多重中断的软件结构。前后台的控制系统结构适用于单机环境，多重中断适合于分布式控制环境。

　　但在多数的前后台结构中，实时任务的定时中断往往只有一个，即插补运算、位置控制和PLC都在一个定时周期内完成，这样处理并不能有效地利用系统资源和提高系统性能。本系统设计为在单机环境下运行，采用前后台的结构，针对位置控制、插补运算和PLC设置三个实时定时中断，优先级递增，中断周期递减，可以达到合理利用资源和提高系统性能的目的。

　　WindowsNT实时扩展实现的主要功能是扩充了NT的实时功能和任务优先级别，并由实时扩展的调度管理接管了NT的调度管理，同时增加了一系列的实时控制函数，包括：定时器、中断、物理内存的管理、I/O的操作和信号灯等。

　　全软件数控系统功能分为两部分：Win32进程和实时扩展进程。Win32进程负责人机界面、诊断、插补准备等实时性弱的任务；实时扩展进程负责位置控制、插补运算和PLC等强实时性的任务。它们之间通过实时扩展提供的共享内存机制实现通讯，见。

　　强实时任务的中断响应速度是全软件开放式数控系统的关键所在，必须对系统的实时性进行测试，系全软件数控系统结构3）测试。运行时间为1小时，可以看出：累计*迟中为25.9.中断响应速度和计算机主频有关，所以主频低的数值较大，主频高的数值较小。测试结果表明都可以满足强实时任务的要求。

　　4结论建立在流行操作系统上的全软件控制系统具有良好的开放性，摆脱了专用硬件体系结构和专用操作系统的束缚，为*终用户在维护、使用和系统升级上带来方便。