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数控机床长途监控平台开发和实现

版权:今日尺度颁发时间:2019-1-22浏览量:1634




0 引言
     
数控系统的网络监控,通常以网络为媒介,实现数控系统与系统外的其它控制系统或计算机的通讯。计算机等上位机通过网络来实现对数控设备的长途控制和无人化操作、长途加工程序的传输、长途诊断和长途维修办事、巴萨直播360直播-官方版APP下载办事。


网络化数控装备是近年来的一个新亮点。国外的一些著名数控机床和数控系统制造巴萨直播360直播-官方版APP下载推出了相关的概念和样机,例如德国西门子(Siemens)巴萨直播360直播-官方版APP下载展出的Open Manufacturing Environment(开放制造环境,简称OME),日本山崎马扎克(Mazak)巴萨直播360直播-官方版APP下载展出的“Cyber Production Center”(智能出产控制中心,简称CPC)等,反映了数控机床加工向网络化标的目的成长的动向。国内在网络化数控装备方面的研究也取得了必然的进展。武汉华中数控股份有限巴萨直播360直播-官方版APP下载研制开发的华中世纪星(HNC-21M)铣削数控装置就是具有网络功能的数控产物,可以操作以太网实现网络通信。


本文主要设计了一款长途监控平台,实现PC 机与DNC-11数控系统间的网络通讯,实现机床加工状况、机床参数及故障诊断等多信息交互和融合,使操作人员能通过PC机上的人机界面监控数控机床的运行状况,查阅其加工历史信息或进行相关故障诊断,为未来数控机床网络化治理、物联网建设等提供良好的平台办事。


1 监控平台总体布局设计
  
长途监控平台是由一台PC机、一个集线器、若干个DNC-11数控系统连接机床而成,形成一个星形的拓扑布局。长途监控平台的总体布局如图1所示。



本平台是客户机/办事器模式,即C/S模式。不凡之处在于客户端与办事器之间是一对多的关系,即一个客户端可与多个办事器之间进行通讯。


PC 机作为客户端,用户通过操作HMI(即人机界面)向办事器端倡议通讯请求和办事请求,并通过自定义的数据包格式完成机床状况信息和控制信息的交互,最终图形化、数字化地显示在HMI上。DNC-11为办事器端,在接到客户端请求后提供相应的办事。DNC-11是带有网络功能的数控系统,能够提供基于TCP/IP协议的网络通讯办事,可以将数控系统的运行状况数据采集后周期上传,也可以接收控制指令进行相关的控制动作。
  
本平台采用上下位机的布局,将实时性要求高的任务分配给下位机,将实时性要求不高的任务分配给上位机PC。PC端运行监控平台应用程序,通过通讯办事接口与DNC-11等进行网络通讯,实现显示监测成果、图形及机床加工轨迹,长途发送控制指令,修改设置机床参数等功能。
 
2 监控平台应用软件的设计
   
长途监控平台应用程序的总体布局包罗设备层、数据通讯办事层、核心功能层和应用拜候层。软件分层布局如图2所示。软件的开发实现主要集中在数据通讯办事层和核心功能层。



数据通讯办事层主要提供参数办事、命令办事和文件办事等。参数办事是为上层提供读取/修改DNC-11 的参数数据的办事。命令办事是为上层提供长途控制的办事,将命令组装成相报命令报文,通过以太网向DNC-11传输,DNC-11会按照解析报文后得到的操作命令来执行用户需要的控制操作。文件办事是向上层提供加工程序的传输,加工程序目录的选择,系统文件的卸载及加载,加工程序的选择等办事。
   
核心功能层将具体实现的功能划分为三类:设备治理、实时监测和在线测试。设备治理具体包罗数控机床的参数治理,数控机床的长途控制,数控机床的加工程序治理,数控机床设备信息治理等。实时监测主要指数控机床运行状况监测,各轴状况监测,PLC状况监测,以及数控机床要害部位监测等。在线测试包罗数控机床故障模拟测试等。


3 网络通讯接口的设计
   
在本文设计的监控平台中,网络通信作为数据传输唯一通道,是整个监控平台的信息支撑。监控平台对通讯接口设计的功能需求主要有:通讯资源的初始化和释放;网络连接的处理;网络状况的判定;数据的接收和发送。
   
长途监控平台是基于TCP/IP网络协议开发的。在TCP/IP的四层模型中,传输层定义了两个端到端协议:传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。在数据完整性和准确性要求较高的场所,采用TCP协议;在实时性要求较高且数据完整性要求较低的场所,采用UDP协议。UDP通信不需要成立连接,并且没有数据确认和重传机制,因此实时性较高。但在数控机床长途监控平台的通讯中,各功能模块对数据完整性的要求较高,因而采用TCP传输协议开发。
  
Windows Sockets是从Berkeley Sockets扩展而来的,定义了TCP/IP网络最为通用的API,以动态链接库的形式提供给用户使用。Socket的呈现,使用户可以很便利的拜候TCP /IP,从而开发各种网络应用程序。Windows Sockets与协议无关并向下兼容,可以使用任何底层传输协议提供的通信能力,来为上层应用程序完成网络数据通信,而不必关心底层网络链路的通信情况,能真正实现底层网络通信对应用程序的透明。
  
Windows Sockets主要撑持三种套接字类型,别离为:流式套接字(SOCK_STREAM)、数据报式套接字(SOCK_DGRAM)、原始式套接字(SOCK_RAM)。
  
按照采用的通讯协议,并考虑到对通信可靠性和准确性的要求较高,本监控平台选用流式套接字来实现网络通讯。基于Client /Server模式的流式套接字通讯过程如图3 所示。 



InitializeEngine是通讯资源初始化接口,Uninitialize Engine是通讯资源释放接口。通讯资源的初始化和释放主要是通讯端口分配释放、IP地址和远端IP 地址的赋值、变量的初始化、套接字的加载和缓冲区的分配等。
   
StateLoop是网络连接处理接口。网络的连接状况有三种:未连接、等待连接和正在连接。网络连接处理是按照不同的连接状况,客户端和办事器端执行相应的操作。
   
IsConnected是网络连接状况判定接口。连接状况的判定就是通过变量的当前值返回网络连接的状况。
   
Send 和Receive是发送/接收数据接口。数据的收发就是调用socket API来接收和发送数据。客户端是一对多的,要将接收的数据按照不同的设备号存入不同的缓冲区;办事器端超过设定的时间未发送成功则进行重发。
   
平台中作为客户端的PC机能够同时与多台在线办事器端进行网络连接,因而采用多线程巴萨直播360直播-官方版APP下载,对每台设备开一条独立的通信线程。通信线程中调用相应的通讯接口,通过检测标识位,满足条件时发送缓存中已写入的数据,并当接收到的数据包长度大于零时,调用数据包的解析函数,将解析出来的有效数据传递给HMI 或者存储到相应数据缓存区。在成功完成通讯的基础上,实现参数的发送和接收需要考虑的是参数信息的存取、维护,以及数据包的组包和解析。 


4 HMI功能实现
   
按照对数据通讯办事层和核心功能层的阐发,长途监控平台人机界面要实现的功能有参数办事功能、命令办事功能、文件办事功能等。各功能实现的流程类似,采用的具体方法存在差异,本文主要介绍参数办事功能的实现。
   
运行应用程序,进入监控平台,添加数控设备后初始化的界面如图4所示。 



一对多的客户端,能同时显示和操作多个数控设备的监控界面,双击需要监控的数控设备,即能弹出对应数控设备的监控界面,如图5所示。 



每台数控设备的参数治理界面主要显示的是参数号、参数名和参数值等,其中参数号与参数名不撑持用户修改,参数值为用户的编纂项,因而参数的显示可使用两个静态文本控件和一个编纂框控件。但由于上述显示方式中存在问题及不足,在人机界面的开发中,使用继续自CListCtrl类的CReportCtrl类,在列表控件已有的功能基础上封装数据项的编纂功能,并提供一些操作的函数接口。使用列表控件显示参数的界面如图6所示。 



从图中可以看出,使用列表形式显示的参数可以便利的添加、删除等,并且能尽可能多的显示参数信息,界面的美不雅观性也得到提高。
  
CReportCtrl 类中的SetEditable 函数,可以改变进行修改操作的布尔型标识表记标帜变量的值,能便利的实现编纂操作只对参数值对应列有效。CReportCtrl类中在编纂功能完成时,会向列表控件所在的父窗口发送一条消息,代码如下:
  
GetParent()- > SendMessage(WM_EDIT_COMMITTED,
(WPARAM)m_ptEdittingx,(LPARAM)m_ptEdittingy);
  
在父窗口中捕捉WM_EDIT_COMMITTED消息,在对应的响应函数中编写代码,将编纂的参数值写到缓存中,等待发送。在响应函数中可以编写任意参数值的写缓存操作,因此在代码量上有缩减,代码重复率下降。


5 结束语
   
本文介绍的机床长途监控平台采用windows环境PC上位机,通过socket流式套接字与linux环境的下位机进行网络数据交互,图形化、数字化地处理和显示数控系统的参数及状况等信息,实现了长途控制和长途监测等功能,解决了数控机床状况以及故障等信息的长途传输问题,为实现数控机床的无人化操作与监控提供了基础。

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