陳莉

江蘇振陽(yáng)集團(tuán)有限公司

基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控機(jī)床狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳莉

江蘇振陽(yáng)集團(tuán)有限公司

在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及虛擬儀器技術(shù)不斷發(fā)展的今天，基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采取虛擬儀器技術(shù)開(kāi)展遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)工作將會(huì)融入工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活的不同領(lǐng)域。在對(duì)數(shù)控機(jī)床狀態(tài)具體遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該遵循可行性以及實(shí)用性原則，保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且具有較高實(shí)用性。本文主要對(duì)基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)控機(jī)床狀態(tài)高效遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)進(jìn)行分析探討，提出相應(yīng)的思考和建議。

網(wǎng)絡(luò)；數(shù)控機(jī)床狀態(tài)；遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床具有高精以及高效等運(yùn)行特點(diǎn)，受到了機(jī)械制造業(yè)的廣泛青睞。想要確保數(shù)控機(jī)床能夠高效運(yùn)行，就必須實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)床具體運(yùn)行狀況。監(jiān)測(cè)獲得的數(shù)據(jù)能夠給其后期故障診斷、調(diào)試以及預(yù)測(cè)性維護(hù)等環(huán)節(jié)提供參考。在現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)以及通信技術(shù)迅猛發(fā)展的條件下，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)數(shù)控機(jī)床所處運(yùn)行狀態(tài)已經(jīng)開(kāi)始變成現(xiàn)實(shí)。本文以數(shù)控折彎?rùn)C(jī)為研究對(duì)象，對(duì)其遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

1.1 重點(diǎn)監(jiān)測(cè)內(nèi)容

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要目的是利用網(wǎng)絡(luò)連接相應(yīng)的遠(yuǎn)程終端以及數(shù)控設(shè)備，這樣就能夠在遠(yuǎn)程終端觀察加工質(zhì)量、機(jī)床狀態(tài)以及進(jìn)度，同時(shí)可以提供故障診斷、調(diào)試以及維護(hù)等各種技術(shù)支持。想要達(dá)到該目的，就應(yīng)該確保遠(yuǎn)程終端可以得到數(shù)控設(shè)備具體運(yùn)行數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)控折彎?rùn)C(jī)機(jī)床狀態(tài)、加工過(guò)程以及加工質(zhì)量[1]。

1.2 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，在網(wǎng)絡(luò)上遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備常用方案包括：B∕S結(jié)構(gòu)（圖1）以及C∕S結(jié)構(gòu)（圖2）。

圖1

圖2

其中B∕S結(jié)構(gòu)利用Web瀏覽器可以統(tǒng)一客戶(hù)端，把監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)重要部分全部集中至相應(yīng)服務(wù)器上；同時(shí)客戶(hù)端里面的邏輯非常少，導(dǎo)致服務(wù)器任務(wù)十分繁重。另外一種C∕S結(jié)構(gòu)屬于典型兩層結(jié)構(gòu)，Server端以及Client端共同分擔(dān)任務(wù)，對(duì)兩端硬件環(huán)境所具有的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了充分利用，可以減少系統(tǒng)通信成本[2]。

對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，想要同時(shí)監(jiān)測(cè)不同終端，就應(yīng)該將數(shù)控設(shè)備當(dāng)做Server端，但因數(shù)控系統(tǒng)資源比較有限，同時(shí)機(jī)床控制主要操作任務(wù)，無(wú)法承擔(dān)其他任務(wù)，所以需分散處理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各項(xiàng)任務(wù)，比較適合采用C∕S模型。本文依據(jù)數(shù)控折彎?rùn)C(jī)中數(shù)控系統(tǒng)的具體特點(diǎn)，遵循可行性以及實(shí)用性原則，對(duì)C∕S模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。這一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一共有3層，包括客戶(hù)層、數(shù)據(jù)庫(kù)層以及服務(wù)器層。其中客戶(hù)層負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)并且分析處理數(shù)據(jù)，再將其展示給客戶(hù)；數(shù)據(jù)庫(kù)層負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)更新機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)以及加工進(jìn)度等相關(guān)數(shù)據(jù)；而系統(tǒng)服務(wù)器層則按照客戶(hù)端提出的要求，對(duì)系統(tǒng)終端推送具體數(shù)據(jù)。

2 基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)方案

2.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

本文選擇MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，其屬于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)系統(tǒng)里面存在四個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，包括加工數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)、運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)以及狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)[3]。加工數(shù)據(jù)庫(kù)里面有質(zhì)量記錄表及運(yùn)動(dòng)過(guò)程表；用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)里面有user表，主要對(duì)系統(tǒng)使用權(quán)限以及權(quán)限等級(jí)等進(jìn)行管理；運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)里面有機(jī)床配置參數(shù)、y軸、x軸以及w軸等具體運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)；狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)里面有加工狀態(tài)表以及加工任務(wù)表。因?yàn)闄C(jī)床運(yùn)動(dòng)會(huì)形成龐大數(shù)據(jù)量，因保留太多歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)沒(méi)有意義，故本系統(tǒng)里面僅保存了最近100道的具體折彎信息。

2.2 系統(tǒng)服務(wù)器端以及監(jiān)測(cè)終端的設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，嵌入式領(lǐng)域里面的常見(jiàn)GUI項(xiàng)目是Qt、Tiny X以及miniGui等。在這當(dāng)中，Qt基本上支持每個(gè)主流操作系統(tǒng)，秉持面向?qū)ο筮@一思想，建構(gòu)了完善封裝機(jī)制，對(duì)用戶(hù)開(kāi)展模塊化開(kāi)發(fā)工作提供了便利。同時(shí)，其里面豐富的API能夠自由繪制出非常優(yōu)質(zhì)的相應(yīng)人機(jī)交互界面。故本設(shè)計(jì)選擇Qt對(duì)監(jiān)控終端及服務(wù)器端進(jìn)行開(kāi)發(fā)。對(duì)服務(wù)器端實(shí)施雙線程設(shè)計(jì)手段，其中實(shí)時(shí)線程主要任務(wù)是采集機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)，并更新到相應(yīng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)[4]。另一種非實(shí)時(shí)線程屬于監(jiān)測(cè)服務(wù)端，主要對(duì)客戶(hù)端的連接進(jìn)行偵聽(tīng)。當(dāng)連接客戶(hù)端以及服務(wù)器后，系統(tǒng)服務(wù)端就會(huì)按照客戶(hù)端提出的請(qǐng)求從相應(yīng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)里面讀取數(shù)據(jù)，并且將其打包后傳輸?shù)娇蛻?hù)端。這兩種線程利用互斥體同步方式，可確保數(shù)據(jù)統(tǒng)一。

遠(yuǎn)程客戶(hù)端中主要包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊及非實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊。處于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這一模塊時(shí)，服務(wù)終端應(yīng)定期對(duì)系統(tǒng)客戶(hù)端傳遞狀態(tài)信息；處于非實(shí)時(shí)模塊下時(shí)，服務(wù)器終端及遠(yuǎn)程終端應(yīng)該構(gòu)建ftp鏈接，從而一次性接收相關(guān)數(shù)據(jù)文件。等到客戶(hù)端完成接收數(shù)據(jù)過(guò)程后，需通過(guò)分析處理對(duì)客戶(hù)顯示圖形信息。本系統(tǒng)PLC選擇三菱風(fēng)格的具體監(jiān)測(cè)界面，相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜夷馨凑诊@示結(jié)果調(diào)節(jié)機(jī)床參數(shù)，從而有效整定調(diào)試機(jī)床。

服務(wù)器端以及客戶(hù)端均實(shí)施應(yīng)答機(jī)制完成數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，客戶(hù)端先對(duì)系統(tǒng)服務(wù)器傳輸需求數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的具體命令代碼，然后服務(wù)器端立刻對(duì)客戶(hù)端傳輸對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)包。當(dāng)系統(tǒng)客戶(hù)端已經(jīng)請(qǐng)求數(shù)據(jù)后，如沒(méi)有收到回包或在很長(zhǎng)一段時(shí)間中沒(méi)有收到所需的相應(yīng)數(shù)據(jù)包，就會(huì)再次發(fā)出請(qǐng)求。當(dāng)處于實(shí)時(shí)模式下時(shí)，通信就使用CRC校驗(yàn)。如沒(méi)有通過(guò)校驗(yàn)，就將丟棄數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行計(jì)數(shù)；當(dāng)所犯錯(cuò)誤次數(shù)達(dá)到限制值時(shí)，就會(huì)通知用戶(hù)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)數(shù)控折彎?rùn)C(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì)進(jìn)行分析研究，并設(shè)計(jì)出了在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)環(huán)境下數(shù)控機(jī)床狀態(tài)相應(yīng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體構(gòu)架。這一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，不用額外配置其他硬件，具有非常強(qiáng)的實(shí)用性以及經(jīng)濟(jì)性，可以高效遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)數(shù)控機(jī)的具體運(yùn)行狀態(tài)。

[1]楊斌,劉克誠(chéng).數(shù)控機(jī)床加工系統(tǒng)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2010,06(5)：45-47.

[2]邢永彥等.基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控機(jī)床狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電一體化,2015,13(2)：40-43.

[3]李大勝等.基于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控機(jī)床刀具監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].長(zhǎng)春師范大學(xué)學(xué)報(bào),2016,35(2)：38-42.

[4]熊茂華.基于虛擬儀器的數(shù)控機(jī)床設(shè)備狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2010,19(12)：46-47.