基于CAN總線(xiàn)的DNC遠程診斷及監控系統
加入技術(shù)交流群
DNC（DistributedNumericalControl）是把車(chē)間內的數控機床與上位控制計算機集成，實(shí)現加工設備集中控制與管理的一種方式。這種方式雖然充分利用了設備的潛力，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，但是對設備的維護提出了更高的要求。流水線(xiàn)上關(guān)鍵設備的長(cháng)時(shí)間停機，將會(huì )給生產(chǎn)帶來(lái)巨大的損失。為了使損失降到最低，應該在提高設備可靠性的同時(shí)，對加工設備進(jìn)行狀態(tài)監控，以便在設備出現故障征兆時(shí)，能及時(shí)進(jìn)行故障處理，縮短故障診斷和維修時(shí)間。但是從我國大部分企業(yè)的人員配備模式來(lái)看，企業(yè)內部用于設備維護的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員相對較少，不可能在全國各地設立售后服務(wù)中心，當設備出現故障時(shí)，由于地域的原因專(zhuān)家無(wú)法及時(shí)到達故障現場(chǎng)，也就無(wú)法了解設備當時(shí)的實(shí)際運行情況和現場(chǎng)的基本參數，這不僅給診斷帶來(lái)了困難也給用戶(hù)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟損失。為此本文提出了基于CAN總線(xiàn)的DNC遠程診斷及監控系統，并對其體系結構及關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現作了介紹。
1系統的總體結構
基于CAN總線(xiàn)（TheControllerAreaNet-workFieldbus）的DNC遠程診斷及監控系統主要由DSP數據采集器、上位監控機、數據庫服務(wù)器、企業(yè)Web服務(wù)器、企業(yè)故障診斷中心及遠程故障診斷中心6部分組成，如圖1所示。
DSP數據采集器從傳感器組中采集來(lái)自數控機床的信號（如來(lái)自刀具切削振動(dòng)信號、機床主軸軸承振動(dòng)信號、液壓系統的溫度等），并進(jìn)行一系列的信號處理（如穩壓濾波、A/D轉換等）后，經(jīng)CAN總線(xiàn)送入上位監控機（另有一備份冗余監控機）。上位監控機上的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監控系統不僅能實(shí)現數據的實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)數據的存儲，而且還能通過(guò)WinSocket控件與數據庫之間進(jìn)行通信。此外，上位監控機還能根據設備的加工能力將加工程序經(jīng)過(guò)CAN總線(xiàn)及RS232/CAN轉換模塊送入不同的數控機床完成零件的加工;數據庫服務(wù)器上安裝了Microsoft公司的SQLServer2000。數據庫服務(wù)器應用程序的主要任務(wù)是接收和處理來(lái)自上位監控機的數據，并將接收的數據寫(xiě)入原始數據緩沖區，在對數據進(jìn)行分析處理后將其寫(xiě)入SQLServer數據庫。當流水線(xiàn)上的某一機床出現故障時(shí)，將故障時(shí)刻的記錄寫(xiě)入設備故障狀況表中;Web服務(wù)器是設立在Internet上的服務(wù)站點(diǎn)，企業(yè)故障診斷中心及遠程故障診斷中心與Web服務(wù)器之間采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）模式，所有監控、分析、診斷軟件都放在Web服務(wù)器上，并通過(guò)Web主頁(yè)進(jìn)行管理。
2遠程診斷及監控系統的實(shí)現
2.1對實(shí)時(shí)數據的采集
本遠程診斷及監控系統中的在現場(chǎng)設備級的通信程序中設置了一些底層函數供上位監控機調用，以實(shí)現DSP采集器與監控機的通訊?，F場(chǎng)實(shí)時(shí)數據采集的工作流程是：傳感器信號經(jīng)過(guò)必要的穩壓濾波，送入ADC（模數轉換器），并根據系統對數據的不同需要，若是參考性、資料性信號，就把數據存貯起來(lái)適當的時(shí)候傳到上位機;若是比較緊急和實(shí)時(shí)的控制反饋數據，比如說(shuō)機床報警信號，那就及時(shí)的傳送到上位機進(jìn)行處理或用作控制。系統中，各DSP芯片獨自的完成相應的數據采集。并可通過(guò)上位機下傳數據表格的方式靈活的改變傳感器的定標系數，尤其適合于傳感器線(xiàn)性度不是很理想的系統。各DSP的工作狀態(tài)和工作模式由上位機靈活選擇，提高系統的適應能力。
數據采集器以DSP芯片-TMS320LF2407A芯片為核心，TMS320LF2407A的ADC模塊帶有內置采樣/保持電路的10位ADC，總共有16個(gè)模擬輸入通道，可用來(lái)實(shí)現采集信號的A/D轉換。頻率采集則利用DSP芯片所帶事件管理器的捕獲單元完成由于2407A芯片帶有六個(gè)捕獲單元，他們在相應的捕獲引腳上出現跳變時(shí)被觸發(fā)，產(chǎn)生捕獲中斷。TMS320L2407A芯片所帶的數據存儲空間只有64K，不能滿(mǎn)足數據存儲的容量，因此需要對2407A芯片進(jìn)行存儲器擴展?？紤]到數據量的大小和防止掉電數據丟失問(wèn)題，因此選用256K×16位的FLASH芯片SST39VF400A作為片外擴展數據存儲器。
2.2上位監控機與數控機床之間的通信實(shí)現
為了減輕現場(chǎng)設備管理層的網(wǎng)絡(luò )負擔，本系統在監控機與數控機床之間采用雙層CAN網(wǎng)絡(luò )結構，一層用于加工過(guò)程及機床的狀態(tài)監測，主要用于DSP采集器中實(shí)時(shí)數據的傳輸;另一層用于DNC操作，DNC操作子層的主要任務(wù)實(shí)現NC程序的上傳和下載、NC程序的編輯及加工工藝信息的讀取等，它通過(guò)CAN總線(xiàn)及RS232/CAN轉換模塊送入不同的數控機床完成零件的加工。
?。?）采集器中實(shí)時(shí)數據的傳輸
TMS320LF2407A帶有標準的CAN控制器，可以很方便的組成現場(chǎng)級設備網(wǎng)。TMS320LF2407A上的CAN控制器完全支持CAN2.0B協(xié)議，其數據幀格式有：標準幀和擴展幀兩種不同的幀格式，前者為11位標識符，后者有29位標識符。由于在實(shí)際控制中DSP控制器的上傳數據僅為32位數據（包括控制器標志符等信息），因此本系統數據格式采用標準幀格式。在實(shí)際調試中發(fā)現下層的控制器向上位機的傳遞數據量遠大于上位機下傳的數據量，因此在數據編碼時(shí)將控制信息、采樣數據編號信息和控制量、采集量均加載在數據字節里。由此CAN總線(xiàn)通訊協(xié)議的形式為：“ID號+數據+校驗”，其中ID號為各DSP采集器編號，采用11位標識符的前4位。為了保證通訊的可靠性，在數據接受后，都由一個(gè)返回幀來(lái)表示確認，其校驗位（占一個(gè)字節）為發(fā)送端的固定代碼。
CAN通訊系統軟件設計中，對于接受采用中斷的方式，要求系統對于接受到的數據必須馬上處理，以提高系統的實(shí)時(shí)響應特性，其程序流程圖見(jiàn)圖2。DSP上傳實(shí)時(shí)采集數據的發(fā)送采用定時(shí)查詢(xún)的方式，查詢(xún)ADC采樣是否結束并且進(jìn)行了相應的數據處理后，立即將數據通過(guò)CAN控制器裝載并發(fā)送到CAN總線(xiàn)上。
?。?）CAN總線(xiàn)及RS232/CAN轉換模塊
評論