新一代开放式、网络化数控系统的研究现状(下)

永不言败

　　图中虚线以下的部分称为底层软件，它是HNC-21/22 CNC装置的软件平台，其中RTM模块为自行开发的实时多任务管理模块，负责CNC装置的任务管理和调度。NCBIOS模块为CNC装置的基本输入/输出系统，管理CNC装置所有的外部控制对象，包括设备驱动程序的管理、位置控制、PLC控制、插补计算和内部监控等。NCBIOS将NC共性部分构成NC内核，提供标准接口函数，向用户开放，适应用户个性化要求，利于品种派生和二次开发。
　　虚线以上的部分称为应用层软件(过程层软件)，它包括编辑程序、参数设置、解码程序、PLC管理、MDI、故障显示等与用户操作有关的功能模块。对于不同的数控装置，其功能的区别都在这一层，或者说功能的增减均在这一层进行，各功能模块均可通过NCBIOS与底层进行信息交换，从而使该层的功能模块与系统的硬件无关。
　　对于不同的控制对象(如加工中心、铣床、车床、磨床等)，或对于同一控制对象而采用不同的伺服驱动时，CNC装置的硬件配置可能不同，此时，只需选用相应的驱动程序来驱动这些硬件模块即可，而无需更改底层软件和应用层软件，体现出良好的开放性。
　　在配置系统时，所有用到的板卡都要在NCBIOS的NCBIOS.CFG(类似于DOS的Config文件)中说明，说明格式为DEVICE=板卡驱动程序名(副档名一般为.DRV，例如HC4103的驱动程序为HC4103.DRV)。NCBIOS根据NCBIOS.CFG的预先设置，调入对应板卡的驱动程序，建立相应的接口管道。
　　采用统一硬件平台技术，除了基于DOS开发并产业化了上述可靠性高、技术成熟的开放数控系统软件平台外，还基于LINUX开发了开放体系结构数控系统软件平台，其主要技术特点为：
* T* z2 y1 r4 q% b! S1 k& z: J  u8 H　　基于LINUX自由软件平台
　　软件数控
$ ^) |8 t; `0 {% I4 H# M　　可使用工业标准PC硬件或RISC处理器，增加了开放性
4 V/ |  j! H5 W7 K　　32位元体系结构
　　突破640k内存的限制
　　强大的网络通讯功能
: w$ r# z; Z0 y  O/ z, g, t1 n　　优良的开发环境
. W( \- ^( F5 Q6 K* B　　丰富的软件资源
　　此外，北京航空航天大学采用上述硬件平台技术，基于Windows开发了开放体系结构数控系统软件平台。
　　正是由于HNC开放式、网络化数控系统平台良好的的开放性，国家数控系统工程技术研究中心、华中数控基于此平台除开发出车、铣等通用数控系统外，在短短几年时间内还派生出齿轮加工机床、仿形机床、磨床、锻压和冲压机床、绗缝机、组合机床、刨床、弯管机、玻璃加工机床等多种数控系统，并实现产业化。
　　HNC-21/22开放式数控系统的网络化应用
+ u$ O& g0 x  z: `8 d　　HNC-21/22开放式、网络化数控系统提供了与局域网或Internet连接的网络接口，通过与网络互联，可实现网络资源分享、远程控制、监测、诊断，已在实际生产中得到应用，获得了满意的效果。
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　　图4某厂的网络化车间
! F; I7 B! l  T( A- |2 i& R　　华中数控在某厂进行仿型铣数控改造时，对模具车间的2台加工中心、2台仿形铣和龙门铣实现了网络化互接，如图4所示。通过网络共用仿型数据，使普通数控铣床也能加工仿型测量的零件，提高仿型加工效率，节约了昂贵的仿形铣设备购置费用。同时，将工厂数控机床网络与办公用网络联在一起，使用办公室的CAD/CAM系统能方便快捷地与数控机床进行信息交换与控制，可在远程异地设计、编程，然后通过INTERNET网络传送和共享零件加工程序，实现了CAD/CAM/CNC的网络集成，大大提高了生产效率和设备的利用率。目前，这些设备运行状况良好，产生了重大经济效益。
' }# {# ?9 R# ^. u& a　　华中数控的远程操作监控与诊断平台
　　基本原理
0 V7 l( x* b8 @+ L2 ~4 t( \3 |　　通过Internet将分布在不同地域的数控设备、现场设备维修工程师、设备制造企业维修工程师及领域专家组织和联系起来，在设备与人之间、人与人之间进行快速的信息传递，形成一个网络化的数控设备诊断与维修谘询系统和视频会议系统，借助网络这一快捷的现代通讯手段，对数控设备故障进行快速诊断。
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　　图5数控设备E-服务系统总体结构
　　系统构成与工作流程
　　数控设备E-服务系统的总体结构如图5所示，主要由数控设备E-服务平台、数控机床网关和远程用户终端三大部分组成。
# G1 r) u4 l0 O( T: b6 m+ B　　数控设备E-服务平台是建立在互联网上的一个特殊网站，内容包括数控设备制造企业的用户档案、协助其进行设备故障诊断的领域专家档案、用户设备电子病历，设备远程操作、诊断、维护模块，以及网络会诊工具等。平台的作用是通过Web这一灵活、方便的形式将与设备技术支持与服务相关的设备诊断信息、用户信息、专家信息组织在一起，形成一个网络化设备故障诊断与服务保障体系，提高产品售后服务质量和效率。
　　机床网关是由运行在生产现场的一台PC机或笔记本电脑构成的一个数控机床连接器，它一端通过电话网、移动通讯网、互联网与数控设备E-服务平台相连，另一端则通过局域网/RS232等形式与数控机床相连。其作用是将数控机床内部的PLC信息和外部的音频、视频信息、传感器信息发送到互联网上，供设备远程诊断使用。另外它也可以将远程终端用户浏览器发送来的控制信息转发给与之连接的数控机床。
　　远程终端可以是互联网上的任何一台电脑，其用户是设备使用工程师、设备制造工程师或领域专家。他们通过运行在远程终端上的浏览器从数控设备E-服务平台上获取和发布信息，对数控设备故障进行远程协作诊断，提供远程技术支持。

　　图6数控设备E-服务系统工作过程示意图
　　数控设备E-服务系统的典型工作过程如图6所示。企业用户遇到技术问题时先登录数控设备E-服务平台，利用平台提供的典型案例、设备常见故障、数控设备诊断专家系统等工具尝试自行解决问题；如果用户无法在平台提供的工具下解决问题则请求作为平台管理员的设备制造企业工程师协助解决问题；如果问题还是不能解决则由平台管理员请求异地领域专家进行联合会诊，直至问题解决。
　　在国家十五攻关、863、国家自然科学基金等相关项目的支持下，国家数控系统工程技术研究中心与华中数控联合研发的网络化、开放式数控系统平台符合ONC规范，具有良好的开放性和强大的网络功能，已派生出了车、铣、加工中心、齿轮加工机床、仿形机床、磨床、锻压和冲压机床、绗缝机、组合机床、刨床、弯管机、玻璃加工机床等30多种数控系统，在实际应用中得到了有力的验证。
文章关键词： 开放式   网络   数控系统