引言随着internet技术的推广应用,将internet用于数控机床的远程故障诊断、远 程控制及其它远程技术服务的研究有助于解决数控机床在使用过程中的问题,对于机床制造企业来 讲,有利于提高售后服务质量,降低服务成本。目前在这些方面的研究主要基于HTTP协议,通 过采用浏览器/服务器模式实现对数控机床的远程服务。由于大部分数控系统的计算机不支持高端 的操作系统,在数控计算机上建立web服务器或IE浏览器都显得有些困难,所以www服务在 数控系统的应用受到一定限制。结合数控系统的特点和企业级的网络管理,我们采用客户/服务器 模式来设计数控机床的远程测试系统,通过远程控制命令,驱动机床部件工作和检测,并将测试数 据传输到控制端进行分析。双方的通讯内容由自定义的应用层协议进行规范,这样的系统效率高, 符合数控系统的性能和测试的需要。1系统测试原理远程测试的实现通过采用internet的 远程控制技术来完成,internet的远程控制方式有两种方式;一种方式是对要执行的远程 控制功能,细分为若干命令,远程控制端发送一个命令,执行端执行该命令的要求。另一种方式是 ,对要执行的功能,远程控制端只发送一个远程控制命令,执行端接收命令后,调用其功能模块, 直到完成命令的要求。前一种方式,由于传输命令较多,实时性差。我们采用后面一种控制方式。 当远程测试端传输控制命令后,数控机床的internet通讯程序接收、分析远程控制命令, 然后调用数控程序中的对应测试模块,通过执行测试程序,控制机床的PLC和数控系统工作,P LC执行其相应的程序,将执行的结果驱动机床的液压系统、电动机等工作,而数控系统则驱动伺 服系统、检测系统工作。根据远程命令的不同,驱动机床按不同的方式工作,可以让主轴电机工作 ,换刀系统工作,快进工作,工进工作等,数控系统利用其检测程序,通过检测元件接受工作参数 ,并利用internet将检测的参数传输到远程控制端,远程计算机利用测试数据分析程序对 参数进行分析,完成测试工作。2系统框架系统框架如图1所示,系统由远程测试计算机和数控机 床构成。远程计算机主要进行测试命令的发送和测试结果的接受分析,一般以windows操作 系统为服务器平台,这种高端的操作系统嵌入有支持TCP/IP协议的协议栈,只需开发int ernet通讯和服务程序就可构成远程测试系统的测试平台。数控机床端,能实现远程通讯的只 有数控系统,但数控系统中一般不包括高端的操作系统,所以要实现internet通信,必须 要开发支持TCP/IP协议的协议栈,然后设计internet通信程序,internet 通讯程序完成远程测试命令的接受、分析,然后调用、执行数控系统中的控制模块,控制机床的P LC、电动机、液压系统等按照测试命令要求进行工作,机床的运行状态参数由检测元件检测并输 入到数控系统中。图1数控机床远程测试系统框架3软件设计1TCP/IP协议栈由于TCP/ IP是公开的internet通讯协议,所有基于internet的通讯都必须遵循此协议标 准。对于采用高端操作系统的PC机来讲,其操作系统中已经嵌入实现TCP/IP协议的协议栈 ,所以在开发这种操作系统的通讯程序时,只需要利用操作系统提供的网络应用通讯接口(简称s ocket)就可以开发internet通讯程序。对于没有采用高端操作系统的数控机床,则 需要根据TCP/IP协议规定,开发嵌入在数控系统中的TCP/IP协议栈,支持TCP/I P协议,然后设计internet数控端通讯服务程序。图2客户/服务器模式远程测试软件流 程2internet通讯软件基于客户/服务器模式的internet通讯程序设计应该采用 面向连接的TCP协议,客户端必须与服务器建立连接才能通讯。服务器应具有静态的IP地址和 固定的端口号,端口号用于区分不同的服务,所以,不要与其他应用层协议相同。服务器端一直处 于监听状态,等待客户端的连接请求;客户端则需要设置服务器的IP地址和端口号,然后发送连 接请求,服务器接收请求后,双方才能进行通信。双方的通讯程序必须协调进行,流程图如图2。 我们把数控机床端作为服务器端,当处于服务状态时,等待远程计算机的连接请求;远程测试计算 机需要测试该机床,就需要发出连接请求;数控系统接受请求,并回应信息,决定是否可以发送测 试命令。远程测试计算机接收回应信息,如果可以进行测试,则按照协议规定的形式传输测试命令 ;数控系统接收、分析测试命令,然后调用数控系统的驱动程序,驱动机床的相关部件工作,其工 作参数通过检测元件检测,经数控系统的采集、处理后,由internet通讯程序传输给远程 测试计算机,由测试计算机分析并得出结论。4协议规定数控机床远程测试过程中需要传送大量的 信息数据,TCP/IP协议采用分组报文方式传送这些字符,字符表示的含义,需要通信双方进 行约定,通过协议约定,确定传送的字符数据表达机床参数、命令、回应信息等的形式,这就是基 于TCP/IP协议的应用层协议。客户端程序和服务器端程序对双方传输的数据按照应用层协议 的规定形式进行传输、判断和处理。根据前面的软件流程和通信内容,主要制定的协议有如下内容 :1.机床参数数控机床正常工作时,一些关键部件的状态参数,往往是分析故障的依据,这些状 态参数来源于大量的机床传感器,然后经数控系统程序采集、处理后变为能反映物理值大小的数值 。为了区分这些数值在传输后所表示的是压力、温度、速度等参数中的某一种,可以采用关键字形 式加以标识,形式如:P(Q、N)***,其中P,Q,N分别表示压力、温度、速度;*** 表示参数数值,如数据N500,表示转速为500r/min2.回应信息服务器在进行处理过程中,用回应信息表示服务器的处理情况,是正常还是不正常,或者是需要什么参数,等等。我们可以参照ftp协议相似的方式,利用三位数字加上文字说明表示回应信息,如前面的220serverready,表示服务器已经准备好,可以传输测试命令。3远程测试命令远程测试命令应表达出明 确的测试内容,所以也需要对这些测试命令进行规定,可以直接用关键字形式实现,形式如:PT EST*,PTEST表示液压系统的压力测试,*表示工作模式。其它的如振动测试、换刀系统 测试、主轴测试、电气系统测试等,都可以采用这种关键字形式。4.振动数据表示由于振动过程 的数据要实时传输到远程计算机端,数据量大,采用边采集边传输的方式太慢,也影响数控机床的 处理速度。我们可以采用象网络中传输声WindowsInternet !"InternetTCP/IP#$%Internet&’220server ready !" IP#$%& ’()*+,PLC-./01-2301401)*(56+ ,音的方式传输振动数据,即先将采集到的振动数据进行压缩,然后在internet中进行传 输,远程计算机器端接收到压缩的振动数据后根据约定的算法进行解压还原,然后进行显示作图和 相关处理。这要求压缩振动数据的算法和解压的算法要一致,才能保证数据传输的准确性。这种传 输方式效率高,可靠。5测试举例下面以远程测试主轴工作是否正常为例,通过检测数控机床主轴 箱中起机械换档作用的液压缸压力是否正常,从而找出引起主轴箱内机械变档滑移齿轮自动脱离啮 合的原因。因为液压缸推动滑移齿轮进行变速,到达啮合位置后,液压缸同时也要锁住滑移齿轮, 如果液压缸的推动力过小,将不能锁住而导致脱离。原理示意图如图3所示,远程测试端发送主轴 箱测试命令,数控机床接收、分析测试命令,然后调用主轴工作程序,并驱动PLC执行逻辑程序 ,PLC使液压系统电磁阀YA1得电,工作液压缸右移换档,延时KM线圈得电,主触头闭合, 主轴电动机起动。进入压力测试,传感器检测液压缸压力变化,并将压力参数传给数控系统,数控 系统采集、转换、处理后交给internet通信程序,控制端接收数据,可判断此液压缸参数 的变化,从而判断换档故障。6总结要实现数控机床的远程测试功能,机床制造企业需要在设计数 控系统时,开发支持TCP/IP协议的协议栈和internet通讯程序,将他们嵌入到CN C中;另外需要设计工作于常用操作系统(如windows2000、9等)平台的客户端通讯 程序,实现与数控机床的通讯在销售设备时一并出售。数控机床远程测试系统有利于机床使用企业 集中管理和控制设备,及时了解设备的状态和存在的问题,有利于降低企业的维护成本另外这种设 计思路也可以应用于开放式数控系统和其他能连接到internet的智能设备。数控系统液压缸YA1YA2压力油传感器至INTBRNBTY030PLCY031Y032KMYA1YA2KM主电动机电磁换向阀图3远程测试示例简图U VW基于internet的数控机床远程测试@严学书$重庆工商大学机械学院!400067重庆
@朱朝宽$重庆工商大学机械学院!400067重庆本文介绍利用internet技术,采用客 户/服务器模式将客户端的测试命令传输到数控机床端,由数控系统调用并执行控制程序,控制机 床的数控系统、液压系统、电气系统、机械系统等部件按命令要求工作,检测元件检测机床的工作 参数,通过数控系统的采集和处理,最后传输到客户端进行分析,远程了解机床的工作状态。数控 机床;;internet;;远程测试;;远程控制;;TCP/IP协议<1>张魁林,主编.数控机床故障诊断,机械工业出版社.北京,2003.
<2>黄嘉辉,编著.Visual Basic与internet程序设计科学出版,社北京.2003.
<3>曲大成,等编著.Internet技术与应用教
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