基于總線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的開(kāi)放式可監控數控系統

　　應用平臺由API構成。該層除含有離散點(diǎn)I/O設備API、采集設備API、位置控制API、總線(xiàn)接口A(yíng)PI等接口外，還包含用戶(hù)根據系統軟件平臺提供的API自定義功能組件以及總線(xiàn)協(xié)議轉換API。

　　應用程序由若干依據數控系統功能劃分出的軟件模塊構成。軟件模塊的開(kāi)發(fā)采用組件技術(shù)。每個(gè)組件可單獨開(kāi)發(fā)，單獨編譯，甚至單獨調試和測試。當所有組件開(kāi)發(fā)完畢后，用戶(hù)可以在開(kāi)發(fā)環(huán)境下把組件無(wú)縫集成形成數控系統。當用戶(hù)需求發(fā)生變化或系統的軟硬件環(huán)境改變時(shí)，只需對受影響的組件進(jìn)行修改、重組就能得到新的數控系統。

　　圖4為應用程序層中運動(dòng)控制單元配置過(guò)程。

3 基于設備故障診斷網(wǎng)的上層網(wǎng)絡(luò )

　　3.1 上層網(wǎng)絡(luò )的結構設計

　　如圖5所示，系統采用分層結構，即現場(chǎng)監控層(Infranet)、局域網(wǎng)監控診斷層( Intranet)和遠程監控診斷(Internet)的3級C/S結構。

　　各層具體分工為:

　　(1)現場(chǎng)監控層:了解和掌握機床的運行狀態(tài)，按照用戶(hù)設定的監控策略有選擇地對機床的主軸驅動(dòng)功率、扭矩、電壓、電流和主要工作部位的動(dòng)態(tài)信號進(jìn)行多參數在線(xiàn)監測和分析。結合歷史數據對設備運行狀態(tài)進(jìn)行評估，并進(jìn)行顯示和記錄。當機床有輕微異常時(shí)發(fā)出報警提示，以便運行人員及時(shí)進(jìn)行處理;當處于嚴重異常狀態(tài)或異常狀態(tài)達到一定時(shí)間而操作人員仍然未加以處理時(shí)，自動(dòng)實(shí)行保護措施。對于復雜的以及需要作進(jìn)一步處理的監測狀況，則把信息和數據傳送給上層網(wǎng)絡(luò )，由上層功能強大的計算機進(jìn)行處理。安裝在本地控制器上的監控工作站實(shí)現現場(chǎng)監控層和上層網(wǎng)絡(luò )的連接。監控工作站實(shí)際上是一套安裝在本地數控系統上的客戶(hù)端數據傳輸軟件。該軟件可按照用戶(hù)要求采集機床指定位置上的傳感器信號，按照設定好的閡值參數，將待診斷數據和其之前、之后的2N個(gè)數據送入上層的監控診斷網(wǎng)和遠程監控網(wǎng)。

　　(2)監控診斷管理層:負責整個(gè)系統的監控和管理。層中的每一個(gè)節點(diǎn)即為在線(xiàn)監測與故障診斷網(wǎng)絡(luò )系統的一個(gè)客戶(hù)。這些客戶(hù)單元直接被廠(chǎng)長(cháng)、總工程師等人員以及總調度室等部門(mén)使用。監控管理層可以與數據庫、現場(chǎng)監控層進(jìn)行雙向聯(lián)系?？筛鶕蛻?hù)需求進(jìn)行相應組態(tài)設置。數據庫服務(wù)器設在本層，它的任務(wù)是根據具體情況建立實(shí)時(shí)數據庫，分配存儲空間，保存采集到的數據。根據用戶(hù)的設置，有選擇地把實(shí)時(shí)數據庫中的數據存入歷史數據庫中，以供進(jìn)一步的分析與診斷。數據庫層還可對數據庫進(jìn)行定期處理與維護，如刪除無(wú)用信息，定期備份等。還可生成時(shí)報、班報、日報、周報、月報、年報等運行報表。

　　(3)遠程診斷層:通過(guò)Internet與監控診斷層連接。遠程專(zhuān)家通過(guò)輸入賬號與密碼登錄數據庫服務(wù)器，讀取各種數據，運行客戶(hù)端診斷軟件進(jìn)行故障的分析與診斷。最后將診斷結果返回客戶(hù)端。

3.2 軟件實(shí)現

　　3.2.1 服務(wù)器端軟件實(shí)現

　　數據庫服務(wù)器運行的控制軟件是上層網(wǎng)的控制中心，它提供監測、管理在線(xiàn)用戶(hù)的功能。軟件采用Socket技術(shù)，偵聽(tīng)各個(gè)客戶(hù)端的連接消息，向通過(guò)身份驗證的客戶(hù)發(fā)送驗證消息使其連上服務(wù)器，運行相應的客戶(hù)端軟件。需要特別指出的是，如果服務(wù)器控制軟件沒(méi)有運行，分布在客戶(hù)端的診斷軟件將不能運行。

　　3.2.2 客戶(hù)端軟件實(shí)現

　　分布在監控診斷管理層中的各級節點(diǎn)單元以及遠程的專(zhuān)家利用客戶(hù)端服務(wù)軟件，通過(guò)輸入相應權限的用戶(hù)名和密碼登錄系統后，即可連上位于監控診斷層的數據庫服務(wù)器獲得相應的數據文件，運行信號分析診斷軟件進(jìn)行分析。數據庫服務(wù)器提供:時(shí)域(自相關(guān)、互相關(guān)等)、幅值域(參數計算、直方圖等)、頻域(相干、包絡(luò )譜、細化譜、傳函等)、時(shí)頻分析(STFT、小波分析、小波包分析等)、聲學(xué)分析、模態(tài)分析、線(xiàn)性回歸預測、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )預測、灰色預測等在線(xiàn)分析與故障診斷方法。

　　3.2.3 服務(wù)器數據庫實(shí)現

　　服務(wù)器數據庫包含監測數據庫、原始數據庫、報表庫、故障庫等，其中監測數據庫中包括廠(chǎng)級數據庫、車(chē)間級數據庫、設備級數據庫、零件數據庫，這些數據庫包含了監測設備所有的信息，為監測層中不同級別的客戶(hù)提供數據支持。

　　如圖6所示，數據庫采用SQL2000，應用程序用VC+十編寫(xiě)，直接調用ODBC API函數，實(shí)現對數據庫的訪(fǎng)問(wèn)。同時(shí)采用了安全性高、交互性強的3層CJS結構的數據管理模式。系統不僅增加了防火墻，還對數據庫進(jìn)行了加密設置，外部程序訪(fǎng)問(wèn)數據庫時(shí)需先通過(guò)密碼校驗。此外系統還增加了專(zhuān)門(mén)的管理機構，負責制定、審查、確定安全措施，設置用戶(hù)級別，設置用戶(hù)密碼保存密鑰、審閱審計記錄等。

4 結束語(yǔ)

　　本文監控數據系統，基于PC的控制器，既充分地利用了微軟操作系統的強大功能又通過(guò)引入RTX系統改善了桌面操作系統實(shí)時(shí)性不強的不足。組件技術(shù)的應用，使各種開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)的組件和應用程序以及組件與組件之間可以進(jìn)行互操作，能方便地建立可伸縮的應用系統?，F場(chǎng)總線(xiàn)的應用實(shí)現了數控系統底層單元的靈活配置。另外，本文將故障監測和診斷技術(shù)與數控相結合，構建了層次化的可監控體系，開(kāi)發(fā)了原型機，在數控系統網(wǎng)絡(luò )化研究方面進(jìn)行了一定的探索。