加工中心遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　制造全球化、市場競爭白熱化是當(dāng)今制造業(yè)的一個(gè)發(fā)展趨勢和特點(diǎn)。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(yuǎn)程服務(wù)/遠(yuǎn)程在線工程支持提出了強(qiáng)烈的需求。隨著計(jì)算機(jī)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(yuǎn)程在線工程支持和遠(yuǎn)程操作的研究正成為目前的研究熱點(diǎn)。在設(shè)備的遠(yuǎn)程服務(wù)故障診斷系統(tǒng)中，設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(yuǎn)程通信控制的擴(kuò)展接口和與上位機(jī)進(jìn)行通信的完整協(xié)議，這些特點(diǎn)都為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品和設(shè)備的遠(yuǎn)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(jì)大學(xué)CIMS研究中心FMS實(shí)驗(yàn)室的MAHO數(shù)控機(jī)床為對象．詳細(xì)論述遠(yuǎn)程監(jiān)控和訪問MAHO數(shù)控機(jī)床之遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)(RCCNCS)的總體結(jié)構(gòu)和軟硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

　　1 RCCNCS的總體設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)功能與目的

RCCNCS的功能分析圖如圖1所示。

圖1 MAHO機(jī)床RCCNCS功能流程

　　MAHO 機(jī)床采用DNC工作模式(自動(dòng)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(jī)床進(jìn)行相應(yīng)的操作和控制。PC監(jiān)控站是遠(yuǎn)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(jī)床鍵盤操作和屏幕顯示；采集機(jī)床狀態(tài)信息和實(shí)時(shí)加工信息；向機(jī)床發(fā)出控制命令，控制機(jī)床的各種動(dòng)作；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)訪問的需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息處理，配合遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作；對機(jī)床的加工狀態(tài)進(jìn)行模擬；加工程序的上下傳送，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的BTR工作模式等。

　　PC監(jiān)控站作為機(jī)床與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通信的中間設(shè)備，通過與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行通信來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(hù)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(jì)

　　RCCNCS 的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yùn)行機(jī)床的監(jiān)控軟件對加工中心CNC系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，上層控制主機(jī)運(yùn)行遠(yuǎn)程控制軟件可以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場PC監(jiān)控站進(jìn)行控制(同時(shí)PC監(jiān)控站上也運(yùn)行該遠(yuǎn)程控制軟件)。一臺上層控制主機(jī)可以控制底層多個(gè)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(dāng)遠(yuǎn)程PC訪問和控制本地加工中心CNC系統(tǒng)時(shí)，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(jìn)行相應(yīng)的資格認(rèn)證與授權(quán)并通知本地PC監(jiān)控站，啟動(dòng)遠(yuǎn)程控制軟件并設(shè)置為相應(yīng)的工作模式后，遠(yuǎn)程控制PC才能對加工中心CNC系統(tǒng)進(jìn)行操作與控制。

圖2 RCCNCS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　當(dāng)遠(yuǎn)程控制PC與本地監(jiān)控站建立連接后，遠(yuǎn)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(jì)

　　在RCCNCS 設(shè)計(jì)中，MAHO數(shù)控機(jī)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(shí)上下傳遞加工程序使用的普通的通信協(xié)議，不能在遠(yuǎn)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(yuǎn)程操作時(shí)提供的協(xié)議。使用該通信協(xié)議時(shí)，CNC處于遠(yuǎn)程控制模式(DNC 模式)。此時(shí)，監(jiān)控站對機(jī)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(jì)算機(jī)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(gè)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(yùn)算后得到的校驗(yàn)位。接收方收到一幀數(shù)據(jù)后先進(jìn)行幀校驗(yàn)，如果檢驗(yàn)結(jié)果與接收到的校驗(yàn)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(jì)語言Visual C++和Visual Basic都有標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)操作和控制，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(gè)能夠基于TCP/IP運(yùn)行的遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程主機(jī)對本地PC監(jiān)控站的操作。

　　本系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制軟件使用Symantec pcAnywhere32。該應(yīng)用軟件功能強(qiáng)大，只要設(shè)置正確，遠(yuǎn)程PC就可以利用該軟件實(shí)現(xiàn)經(jīng)Internet控制本地的計(jì)算機(jī)，從而達(dá)到遠(yuǎn)程控制加工中心CNC系統(tǒng)的目的。pcAnywhere32是遠(yuǎn)程控制、文件傳輸和一般通信的理想的解決策略。只要兩個(gè)PC上都運(yùn)行著pcAnywhere32軟件，它便能夠從一臺PC上遠(yuǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)， pcAnywhere32使用的協(xié)議是TCP/IP，運(yùn)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。