加工中心远程监控系统的设计与实现

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制造全球化、市场竞争白热化是当今制造业的一个发展趋势和特点。制造业的全球化主要表现在企业制造系统的分散化及客户和供应商的国际化。全球化要求同一企业内部，企业与设备供应商之间以及企业与客户之间协同工作、共享信息。高质量的生产能力和产品、良好的售后服务和灵活的在线工程技术支持都对远程服务/远程在线工程支持提出了强烈的需求。随着计算机技术和现代通信技术的飞速发展和Internet/Intranet的广泛应用，远程在线工程支持和远程操作的研究正成为目前的研究热点。在设备的远程服务故障诊断系统中，设备的远程监控是实现远程在线诊断及工程技术支持的基础。目前制造业的一些复杂的加工设备和产品，也都设有良好的用于远程通信控制的扩展接口和与上位机进行通信的完整协议，这些特点都为实现产品和设备的远程访问、操作与控制提供了良好的基础和条件。
, L" \/ c) F/ i本文以同济大学CIMS研究中心FMS实验室的MAHO数控机床为对象．详细论述远程监控和访问MAHO数控机床之远程监控系统(RCCNCS)的总体结构和软硬件的设计与实现。
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/ y, Q- a' k- k) G# a图1 MAHO机床RCCNCS功能流程
" i0 t/ W0 a. y* r' `1 RCCNCS的总体设计
系统功能与目的
RCCNCS的功能分析图如图1所示。
# ?; s1 |/ L# Q, [3 Z6 R5 \, XMAHO机床采用DNC工作模式(自动模式)，本地咒监控站根据工作要求通过监控软件对机床进行相应的操作和控制。PC监控站是远程网络设备与加工中心数控系统连接的中间设备，主要处理的信息有：模拟机床键盘操作和屏幕显示；采集机床状态信息和实时加工信息；向机床发出控制命令，控制机床的各种动作；根据网络访问的需要进行网络信息处理，配合远程网络设备的工作；对机床的加工状态进行模拟；加工程序的上下传送，实现机床的BTR工作模式等。
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' A1 p7 Z: h6 O5 K6 m图2 RCCNCS的系统结构框图
PC监控站作为机床与网络设备通信的中间设备，通过与远程网络设备进行通信来实现远程网络咒访问控制加工中心的目的。此外，PC监控站还为工作人员和维护人员提供一些工程技术资料支持和故障诊断支持。
: W- \* r" {' n, |. _  L结构设计
5 ^5 j* V% E- VRCCNCS 的总体结构设计如图2所示。连接在工业现场以太网上的底层PC监控站，通过运行机床的监控软件对加工中心CNC系统进行实时监控，上层控制主机运行远程控制软件可以实现对现场PC监控站进行控制(同时PC监控站上也运行该远程控制软件)。一台上层控制主机可以控制底层多个监控站。底层代监控站采集CNC加工信息并通过局域网存入企业内部数据库系统。当远程PC访问和控制本地加工中心CNC系统时，它首先通过网络访问连接ISDN/Internet上的企业服务器，向企业服务器请求本地PC监控站的控制权。企业服务器进行相应的资格认证与授权并通知本地PC监控站，启动远程控制软件并设置为相应的工作模式后，远程控制PC才能对加工中心CNC系统进行操作与控制。
当远程控制PC与本地监控站建立连接后，远程PC对数控系统的操作与本地PC监控站对数控系统的操作效果一样，能完成本地PC监控站的所有功能。

图3
2 CNC 通信接口软件的设计
在RCCNCS设计中，MAHO数控机床采用的是Philips的数控操作系统，Philips数控操作系统有自己完整的通信协议。Philips 数控操作系统有两种数据通信协议，即%协议和LSV/2协议。%协议是用于CNC处于手工操作状态时上下传递加工程序使用的普通的通信协议，不能在远程操作中使用。LSV/2通信协议是Philips数控操作系统专为远程操作时提供的协议。使用该通信协议时，CNC处于远程控制模式(DNC 模式)。此时，监控站对机床的操作与本地手工操作的效果完全一样。本系统通信接口程序采用了Philips数控系统的LSV/2协议。监控站计算机发送数据的程序流程如图3所示。
发送方发送的每一帧数据包括帧头DLE(ASCII码10H)STX (ASCII码O2H)，数据段(最长120个ASII字符)和帧尾DLE(10H)ETX(03H)以及通过把这些字符经过异或运算后得到的校验位。接收方收到一帧数据后先进行帧校验，如果检验结果与接收到的校验位相同，则接收此帧数据，否则要求发送方重新发送此帧数据。
: L. q: \2 j9 Q" b3 \: d目前的可视化程序设计语言Visual C++和Visual Basic都有标准化的串口通信应用组件(MS Comm组件)，根据以上的通信协议可开发出相应的监控软件实现局域网上的工作站对加工中心CNC系统的控制。
3 PC监控站控制的软硬件实现
- [* [; Q! s. q+ n连接在工业以太网上的PC监控站对加工中心的数控系统实现操作和控制，为实现远程控制提供了良好的基础。监控软件开发完成后，只要找到一个能够基于TCP/IP运行的远程控制应用软件和设置好相关的访问权限和用户口令，就可以实现远程主机对本地PC监控站的操作。
( ~! L  c8 }* S2 X- Q9 I1 e! q本系统远程控制软件使用Symantec pcAnywhere32。该应用软件功能强大，只要设置正确，远程PC就可以利用该软件实现经Internet控制本地的计算机，从而达到远程控制加工中心CNC系统的目的。pcAnywhere32是远程控制、文件传输和一般通信的理想的解决策略。只要两个PC上都运行着pcAnywhere32软件，它便能够从一台PC上远程控制另一台PC，在两台PC上传输文件并同步化文件夹，连接各种在线服务，建立到网络的连接并成为网络上的一个节点，pcAnywhere32使用的协议是TCP/IP，运行在广域网上的设置非常简单，其使用的物理连接设备就是普通的网络物理层设备。
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