90年代初期，數控系統進入基于PC機的階段。基于PC機的數控系統（CNC）又以WINDOWS CE操作系統為實時性最高，CE是一款硬實時性高可靠性操作系統，國外的高級數控系統大多都是基于CE，比如FANUC310，三菱720等。 眾所周知，目前最常用的Windows桌面操作系統是多線程、搶先多任務的32位操作系統，實時性比較差。而實時控制又是數控系統的關鍵所在，它決定了數控機床的加工速度和加工精度。因此有些數控系統采用原始的DOS操作系統作為軟件平臺，可以滿足一般的實時性要求。但是，運行在實模式下的16 位單任務的DOS操作系統沒有發揮出32位PC機的優勢，而且應用程序受640k內存限制，并可直接對硬件操作，系統可靠性也很難保證。 實時操作系統WindowsCE. NET是嚴格的硬實時系統，硬實時系統是一個如果沒有達到它的計時需要就會失敗的系統，本文介紹的大蘭M720i是基于WindowsCE. NET嵌入式高標準的數控系統，內核來自日本數控系統，操作全面兼容FANUC操作員?？蓮V泛應用于各種數控機床、加工中心及一些特殊用途。 M720系列數控系統是按照工業級標準，應用嵌入式技術制造的高性能CNC。系統采用WindowsCE. NET4.2操作系統，及吸取FANUC技術，使用戶可以擁有操作方便的窗口人機界面，而且從串行口到復雜的通信網絡都能應用。 圖1 M720系列數控系統外形結構圖 主控制器是一臺鏡像了WindowsCE. NET4.2操作系統的工業嵌入式主機，可以通過主板上標準的PC104插槽和PC104總線連接系統需要的器件，如軸控卡，數字或模擬量輸入/輸出（I/O）接口、通信網卡等。M720系統通過PC104總線配置了可控制4個模擬量（或脈沖）軸和1個主軸的控制卡；32個數字量輸入和32個數字量輸出及2路模擬量輸出通道。用戶還可以根據需要通過多軸擴展板卡，或I/O擴展模塊，實現控制更多軸和更多I/O的功能。 M720系列操作系統還配置1個以太網卡（TCP/IP協議）；3個串行通信接口（其中1個可配置為RS-485接口 ）；1個CAN通信接口和1個USB通信接口，可以靈活地實現網絡化控制。同時連接TFT（ CRT）的顯示卡。系統采用8.4″三菱500高亮度超薄液晶顯示器和薄膜按鍵，更適合于工業現場應用。可在其可視化界面內很專業、很方便的監控和實現各種操作，如：加工過程曲線圖形和加工件零件的各種信息；根據用戶需要編寫的PLC程序、在線監控PLC和CNC信號和在線程序修改等；可以觀察加工過程中的機械坐標、程序坐標等一些重要的操作信息，有各種信號的診斷功能。圖2 NC操作面板可用于控制系統和程序的起停操作，還可以通過它實現控制對象（如機床）的手動控制，如X、Y、Z軸的手動進給；主軸的正轉、反轉控制；潤滑、冷卻系統控制等，便于機床調試。 WindowsCE. NET4.2實時內核使數控系統可以以固定的時間間隔執行實時任務，而且在執行實時任務時，禁止其他非實時任務的執行，并能夠直接獲得系統相關的硬件資源。系統CNC軟件包含與運動控制有關的所有功能，如對用戶的NC程序進行編譯、解釋代碼；運動軌跡的插補運算；軸的位置環控制及與軟件PLC和外部設備的通信等。 M720內置的高速軟PLC符合IEC-1131-3標準，用戶可以使用梯形圖、功能程序段、指令表、流程圖及結構文本等多種PLC語言編程，完成各種復雜的機床邏輯控制。系統還內置機床參數編輯器和邏輯分析儀（非常有用的調試工具），使得機床控制系統的安裝、調試和保養非常簡便。 M720的“自適應預讀功能”可以在實時情況下，預處理幾百個NC程序段，并且可以根據相應的進給速率自動調整加、減速控制。自適應預讀功能速度變化曲線如圖4所示，圖中橫坐標是NC程序段，縱坐標F表示執行速度。用灰色曲線表示的沒有預讀功能，因此每個程序段都要執行加速和減速操作；而黑色曲線表示的G5.1的速度是連續變化的，這樣不僅增強了機床的效率，也提高了加工工件的表面光潔度。 系統的“曲率優化功能”，可以使大量連續微小線段加工達到最佳效果，更好地保證加工過程的快速性、連續性和平穩性。同時快速的 WindowsCE. NET4.2實時內核能夠完成各種實時操作，滿足快速性要求。 系統采用“自適應調節技術”，可以在實時狀態下根除伺服滯后并且抑制由速度變化導致的共振干擾。能夠自動為每根軸選擇最佳參數，然后在運行過程中補償這些參數。精確停止插補功能及拐角平滑處理功能，能有效防止拐角處發生過切現象，可以獲得良好的加工精度。 良好的人機界面 操作人員可以通過功能鍵選擇5種不同的操作模式，菜單式操作簡單易學。界面類同FANUC，操作全面兼容FANUC操作員。 數控系統直接配置通用網絡接口，使其具有強大的網絡通信功能，容易實現遠程監視和控制，及分散化網絡加工，使現代化管理成為可能。 建立在WindowsCE. NET4.2實時內核平臺上的M720數控系統具備柔性、開放性和不斷擴展的特性。通過簡單的系統參數及功能設定，便可實現各種先進的控制技術，滿足復雜加工和幾乎所有應用，如各種高速高精度車、銑、雕、磨、線切割及激光加工設備；復雜加工中心；5軸聯動機床等。為用戶提供一流的專家解決方案。 如：M720所獨有的曲率優化功能，能對連續小線段加工軌跡進行平滑處理，進一步提高加工快速性，并獲得更好的表面光潔度。自適應預讀功能夠根據進給速度和加工軌跡處理加減速，避免小線段頻繁加減速，保證加工速度穩定，實現快速加工。特別適用于高速雕銑機的控制。 M720系統還能夠根據加工距離、加工時間的變化對激光能量進行控制。距離調整功能可以控制激光頭（Z方向）與加工表面保持恒定距離。對于三維切割，可以保證切割的平整性，避免過切現象。非常適用于激光切割機的控制應用，兩個高分辨率的DA可高準的控制振鏡。 另外M720操作界面與FANUC完全相同，系統豐富全面的控制功能和卓越的性能，可以使學生更多地了解數控領域的先進技術和發展方向。 與傳統數控系統相比， WindowsCE. NET4.2實時內核數控系統可以充分利用Windows平臺和CNC的開放式軟件工具開發所需的各種功能，使用戶可以靈活的組態CNC功能模塊，構成各種類型的高性能數控系統。以滿足普通機床、加工中心及各種特殊類型機床的復雜控制。這種實現形式上的變革使得系統可以更方便、更廣泛地應用計算機技術的先進成果，大幅度提升數控系統的控制性能，簡化系統實現難度，縮短研發周期；大大增強了系統的伸縮性和可擴展性。因此，WindowsCE. NET4.2實時內核數控系統具有最高的性能價格比，最有很強的生命力。