加工中心遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

　　制造全球化、市場競爭白熱化是當今制造業(yè)的一個發(fā)展趨勢和特點。制造業(yè)的全球化主要表現(xiàn)在企業(yè)制造系統(tǒng)的分散化及客戶和供應(yīng)商的國際化。全球化要求同一企業(yè)內(nèi)部，企業(yè)與設(shè)備供應(yīng)商之間以及企業(yè)與客戶之間協(xié)同工作、共享信息。高質(zhì)量的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品、良好的售后服務(wù)和靈活的在線工程技術(shù)支持都對遠程服務(wù)/遠程在線工程支持提出了強烈的需求。隨著計算機技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)的飛速發(fā)展和Internet/Intranet的廣泛應(yīng)用，遠程在線工程支持和遠程操作的研究正成為目前的研究熱點。在設(shè)備的遠程服務(wù)故障診斷系統(tǒng)中，設(shè)備的遠程監(jiān)控是實現(xiàn)遠程在線診斷及工程技術(shù)支持的基礎(chǔ)。目前制造業(yè)的一些復(fù)雜的加工設(shè)備和產(chǎn)品，也都設(shè)有良好的用于遠程通信控制的擴展接口和與上位機進行通信的完整協(xié)議，這些特點都為實現(xiàn)產(chǎn)品和設(shè)備的遠程訪問、操作與控制提供了良好的基礎(chǔ)和條件。

　　本文以同濟大學(xué)CIMS研究中心FMS實驗室的MAHO數(shù)控機床為對象．詳細論述遠程監(jiān)控和訪問MAHO數(shù)控機床之遠程監(jiān)控系統(tǒng)(RCCNCS)的總體結(jié)構(gòu)和軟硬件的設(shè)計與實現(xiàn)。

　　1 RCCNCS的總體設(shè)計

　　系統(tǒng)功能與目的

RCCNCS的功能分析圖如圖1所示。

圖1 MAHO機床RCCNCS功能流程

　　MAHO 機床采用DNC工作模式(自動模式)，本地咒監(jiān)控站根據(jù)工作要求通過監(jiān)控軟件對機床進行相應(yīng)的操作和控制。PC監(jiān)控站是遠程網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與加工中心數(shù)控系統(tǒng)連接的中間設(shè)備，主要處理的信息有：模擬機床鍵盤操作和屏幕顯示；采集機床狀態(tài)信息和實時加工信息；向機床發(fā)出控制命令，控制機床的各種動作；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)訪問的需要進行網(wǎng)絡(luò)信息處理，配合遠程網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作；對機床的加工狀態(tài)進行模擬；加工程序的上下傳送，實現(xiàn)機床的BTR工作模式等。

　　PC監(jiān)控站作為機床與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通信的中間設(shè)備，通過與遠程網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行通信來實現(xiàn)遠程網(wǎng)絡(luò)咒訪問控制加工中心的目的。此外，PC監(jiān)控站還為工作人員和維護人員提供一些工程技術(shù)資料支持和故障診斷支持。

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　RCCNCS 的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示。連接在工業(yè)現(xiàn)場以太網(wǎng)上的底層PC監(jiān)控站，通過運行機床的監(jiān)控軟件對加工中心CNC系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，上層控制主機運行遠程控制軟件可以實現(xiàn)對現(xiàn)場PC監(jiān)控站進行控制(同時PC監(jiān)控站上也運行該遠程控制軟件)。一臺上層控制主機可以控制底層多個監(jiān)控站。底層代監(jiān)控站采集CNC加工信息并通過局域網(wǎng)存入企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。當遠程PC訪問和控制本地加工中心CNC系統(tǒng)時，它首先通過網(wǎng)絡(luò)訪問連接ISDN/Internet上的企業(yè)服務(wù)器，向企業(yè)服務(wù)器請求本地PC監(jiān)控站的控制權(quán)。企業(yè)服務(wù)器進行相應(yīng)的資格認證與授權(quán)并通知本地PC監(jiān)控站，啟動遠程控制軟件并設(shè)置為相應(yīng)的工作模式后，遠程控制PC才能對加工中心CNC系統(tǒng)進行操作與控制。

圖2 RCCNCS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　當遠程控制PC與本地監(jiān)控站建立連接后，遠程PC對數(shù)控系統(tǒng)的操作與本地PC監(jiān)控站對數(shù)控系統(tǒng)的操作效果一樣，能完成本地PC監(jiān)控站的所有功能。

　　2 CNC 通信接口軟件的設(shè)計

　　在RCCNCS 設(shè)計中，MAHO數(shù)控機床采用的是Philips的數(shù)控操作系統(tǒng)，Philips數(shù)控操作系統(tǒng)有自己完整的通信協(xié)議。Philips 數(shù)控操作系統(tǒng)有兩種數(shù)據(jù)通信協(xié)議，即%協(xié)議和LSV/2協(xié)議。%協(xié)議是用于CNC處于手工操作狀態(tài)時上下傳遞加工程序使用的普通的通信協(xié)議，不能在遠程操作中使用。LSV/2通信協(xié)議是Philips數(shù)控操作系統(tǒng)專為遠程操作時提供的協(xié)議。使用該通信協(xié)議時，CNC處于遠程控制模式(DNC 模式)。此時，監(jiān)控站對機床的操作與本地手工操作的效果完全一樣。本系統(tǒng)通信接口程序采用了Philips數(shù)控系統(tǒng)的LSV/2協(xié)議。監(jiān)控站計算機發(fā)送數(shù)據(jù)的程序流程如圖3所示。

　　圖3

　　發(fā)送方發(fā)送的每一幀數(shù)據(jù)包括幀頭DLE(ASCII碼10H)STX (ASCII碼O2H)，數(shù)據(jù)段(最長120個ASII字符)和幀尾DLE(10H)ETX(03H)以及通過把這些字符經(jīng)過異或運算后得到的校驗位。接收方收到一幀數(shù)據(jù)后先進行幀校驗，如果檢驗結(jié)果與接收到的校驗位相同，則接收此幀數(shù)據(jù)，否則要求發(fā)送方重新發(fā)送此幀數(shù)據(jù)。

　　目前的可視化程序設(shè)計語言Visual C++和Visual Basic都有標準化的串口通信應(yīng)用組件(MS Comm組件)，根據(jù)以上的通信協(xié)議可開發(fā)出相應(yīng)的監(jiān)控軟件實現(xiàn)局域網(wǎng)上的工作站對加工中心CNC系統(tǒng)的控制。

　　3 PC監(jiān)控站控制的軟硬件實現(xiàn)

　　連接在工業(yè)以太網(wǎng)上的PC監(jiān)控站對加工中心的數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)操作和控制，為實現(xiàn)遠程控制提供了良好的基礎(chǔ)。監(jiān)控軟件開發(fā)完成后，只要找到一個能夠基于TCP/IP運行的遠程控制應(yīng)用軟件和設(shè)置好相關(guān)的訪問權(quán)限和用戶口令，就可以實現(xiàn)遠程主機對本地PC監(jiān)控站的操作。

　　本系統(tǒng)遠程控制軟件使用Symantec pcAnywhere32。該應(yīng)用軟件功能強大，只要設(shè)置正確，遠程PC就可以利用該軟件實現(xiàn)經(jīng)Internet控制本地的計算機，從而達到遠程控制加工中心CNC系統(tǒng)的目的。pcAnywhere32是遠程控制、文件傳輸和一般通信的理想的解決策略。只要兩個PC上都運行著pcAnywhere32軟件，它便能夠從一臺PC上遠程控制另一臺PC，在兩臺PC上傳輸文件并同步化文件夾，連接各種在線服務(wù)，建立到網(wǎng)絡(luò)的連接并成為網(wǎng)絡(luò)上的一個節(jié)點， pcAnywhere32使用的協(xié)議是TCP/IP，運行在廣域網(wǎng)上的設(shè)置非常簡單，其使用的物理連接設(shè)備就是普通的網(wǎng)絡(luò)物理層設(shè)備。