基于 EMC2的数控系统软件架构及通信机制分析

MC2 是开源的数控机床控制系统软件 。 EMC2 能移植到实时操作系统 (例如 ubuntu 等 )并根 据开发者定制完成复杂的机床和机器人实时控制。 软件能够在平台上运行稳定, 代码成熟。 然而由 于 EMC2 软件代码量非常庞大, 阅读和消化难度很大 。结合作者实际从事的数控系统项目的研究和 学习。 对整个软件的架构 , 通信机制 , 各模块的功能以及大致的工作流程进行深入分析 ### 基于EMC2的数控系统软件架构及通信机制分析 #### 一、引言 近年来，随着国家对装备制造业的大力支持和发展，数控系统的研发成为衡量一个国家装备制造业技术水平的重要标志。数控系统不仅涉及机械加工领域的核心竞争力，还是推动工业自动化进程的关键技术之一。在这一背景下，对国际上先进的数控软件进行深入研究、消化吸收，进而掌握其关键技术对于提升我国数控系统研发能力和加速国产化进程具有重要意义。 #### 二、EMC2软件架构概述 EMC2是一款广泛应用于机床或机器人运动控制的开源计算机控制软件。该软件由美国国家标准与技术研究院（NIST）最初研发，并由来自全球各地的工程师和爱好者共同维护。相较于前一代EMC软件，EMC2增加了更多功能和特性，特别是在实时操作系统如RTLinux上的应用方面。 EMC2的整体架构可以分为以下几个主要部分： 1. **人机界面（GUI）**：提供用户友好的操作平台，使操作者能够直观地控制数控系统。 2. **任务控制器（Task Controller）**：作为系统的中枢，负责从用户界面接收操作指令，并将这些指令分解成针对运动控制器和I/O控制器的具体操作。同时，它还监控着运动控制器和I/O控制器的实际工作情况。 3. **运动控制器（Motion Controller）**：这是一个运行在内核级别的实时模块，主要负责运动轨迹规划、运动插补以及驱动执行机构等工作。 4. **I/O控制器（I/O Controller）**：处理紧急启停、冷却装置等辅助性输入输出控制。 这种模块化的架构设计使得EMC2具有高度的灵活性和扩展性，能够满足不同类型的数控设备的需求。 #### 三、EMC2的通信机制 EMC2中的各个模块之间通过特定的通信机制实现数据交换和协作，确保了系统的高效运行。其中最重要的通信机制包括： 1. **网络消息传递语言（NML）**：NML是一种轻量级的消息传递协议，用于EMC2内部模块之间的通信。它支持双向的数据流传输，并且可以通过TCP/IP协议在网络间进行通信。NML的设计目的是为了提高模块间的交互效率，同时保持系统的实时响应性。 2. **图形用户界面（GUI）与任务控制器之间的通信**：用户通过GUI向系统发送命令，这些命令被转化为NML消息，然后由任务控制器解析和分发至相应的子系统执行。 3. **任务控制器与运动控制器/I/O控制器之间的通信**：任务控制器接收到的命令经过解析后，会通过NML将指令发送给运动控制器和I/O控制器，从而实现对数控设备的实际控制。 #### 四、EMC2的工作流程分析 1. **初始化阶段**：系统启动时，各个模块首先进行初始化，建立必要的通信连接。 2. **用户操作**：用户通过GUI输入命令，如设定加工路径、调整参数等。 3. **任务分配**：任务控制器接收到GUI传来的命令后，对其进行解析，并根据命令类型将其分配给运动控制器或I/O控制器。 4. **控制执行**：运动控制器根据接收到的指令进行运动规划和插补，驱动电机执行相应的动作；I/O控制器则处理各种辅助控制任务，如冷却系统管理等。 5. **状态反馈**：运动控制器和I/O控制器将执行结果反馈给任务控制器，再由任务控制器汇总后反馈给GUI显示给用户。 #### 五、总结 EMC2作为一个开源的数控控制系统软件，在数控机床和机器人的实时控制领域展现出了强大的功能和灵活性。通过对EMC2软件架构及其通信机制的深入分析，我们可以更好地理解和掌握其设计思想和技术要点，这对于进一步提升我国在数控系统研发领域的能力具有重要的意义。