NCUC-Bus现场总线技术：中国数控系统的新突破

"这篇论文主要研究了NCUC-Bus（NCUnionofChinaFieldBus，中国数控总线联盟）现场总线技术，这是针对高速高精控制需求的数控系统通信解决方案。作者陈天航在导师唐小琦的指导下，探讨了国外主流数控系统现场总线的特点与通信机制，并建立了一个参照OSI七层模型的NCUC-Bus通信模型。论文还涉及了实时以太网、时间同步、通信可靠性的关键技术和硬件接口设计。通过FPGA+PHY+CPU硬件平台，实现了NCUC-Bus在华中8型数控装置等产品中的集成，并成功应用到高档数控机床中。" 正文： NCUC-Bus现场总线技术是针对现代数控系统发展需求而研究的一种全数字通信技术。随着数控系统向高速、高精控制方向发展，传统的基于脉冲量或模拟量接口的方式已无法满足实时通信的需求。因此，现场总线技术应运而生，成为数控系统通信的主流。NCUC-Bus作为中国自主研发的数控系统现场总线，旨在克服不同总线标准间的不兼容问题，降低对外依赖，提高技术自主性。 论文深入研究了NCUC-Bus的关键技术，包括通信模型的构建。作者参照OSI七层网络通信模型，设计了适合多轴、多通道控制需求的NCUC-Bus通信模型。这一模型是实现高速、高精控制的基础。同时，论文还探讨了实时通信、时钟同步和通信可靠性等核心问题，提出了相应的硬件接口和通信协议设计方案。 在实时通信方面，论文借鉴了IEC61158现场总线国际标准中的实时以太网协议，利用确定性通信和精简协议处理机制，确保NCUC-Bus的强实时性。时间同步是另一个关键问题，论文提出了基于IEEE1588标准的精确时间同步协议，尤其适用于双环形拓扑结构，从而提高了控制精度。 为了提升系统的可靠性，论文采用了双环冗余硬件结构，结合实时数据报文重发机制和差错检测与处理机制。这些措施能够有效防止通信故障，增强系统的稳定性。 实践部分，研究者在FPGA+PHY+CPU硬件平台上实现了NCUC-Bus的集成，将其应用于华中8型数控装置及其配套的伺服驱动和PLC模块，形成了一套完整的总线式数控系统。经过功能和性能测试，以及加工实验验证，NCUC-Bus技术成功应用到了多台高档数控机床中，如精密卧式加工中心、大型高速5轴龙门铣床和车铣复合加工中心。 关键词涉及的领域包括现场总线技术在数控系统中的应用、实时通信的实现、精确时间同步方法以及高可靠性设计策略，特别是FPGA技术在其中发挥的关键作用。这篇论文对我国数控系统技术的自主创新和产业升级具有重要的理论与实践价值。