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开放式数控系统网络
2018-5-17  来源:临沂大学汽车学院  作者:赵琳

      摘要:科技日益发展,数控加工技术方面越来越多的采用开放式数控系统,开放式,顾名思义,是一种能够实现模块化、能够重构、能够扩展的控制系统,给二次开发提供更多的余地,不断满足新加工的需要。该次设计开发研究一种基于PC机和WINDOWS平台的开放式数控网络远程监控系统。将以太网技术应用于开放式数控系统的网络远程监控中,采用星型与总线型相混合的拓扑结构,构建了基于客户机/服务器(C/S)与浏览器/服务器(B/S)相结合的运行模式的网络监控平台。采用VC++6.0语言进行监控界面的编程,利用基于MFC的Windows Socket网络编程技术作为数控机床网络监控系统软件。

      关键词:开放式  数控系统  以太网  网络远程监控

      截止目前,监控系统的发展走过了3个里程,第一个里程是被称为CCTV的模拟视频监控系统,第二个里程是被称为DVR的数字食品监控系统,到现在的第三代监控系统,则是IPVS,即完全基于IP网络视频监控系统。远程监控的含义主要是从离被实施动作的对象较远的距离来实施监测和控制。其中,通过具体的硬件系统达到对信息的获取,然后通过传输系统进行传输,被监控的对象则通过远程的监控来被操作。人们通常所述的监控,可以指监控一条街的动态,监控一条生产线的运作,根据不同的信息源来确定下一步的具体操作。

      通过基于windows操作系统的个人计算机开发的开放式网络远程监控系统。这个系统主要包含以下两个方面的要点:(1)实现网络的硬件基础。构建一个局域网,在网络中包含多个数控系统,以及一台监控计算机。这台电脑可以给与安装用户提供数据显示、数据下载等服务;(2)实现网络的软件基础,开发出能够实现上述网络监控功能的软件系统。

      1 、数控机床机械结构和电气控制部分设计

      伺服系统可分为3种类型,即(1)开环控制系统;(2)闭环控制系统;(3)半闭环控制系统。首先开环控制系统,没有反馈装置,系统结构简单,成本低廉,调试和维修都比较简单。目前国内多数经济型数控机床普遍采用开环伺服系统,因此该系统也采用开环控制。
 
  

图1  个人机和服务器的连接示意图

      闭环控制系统具有反馈装置,装在机床移动部件上来检测实际位移量,能补偿系统的误差,控制精度高,但系统结构和调试比较复杂,造价高。

      脉冲当量是指在输入一个脉冲后机床运动部件产生的位移量铣床的脉冲当量是0.01~0.005 mm/脉冲,故机床的脉冲当量设定为0.01 mm/脉冲。

      滚珠丝杠螺母副的选型中包括了对X向、Y向和Z向进给丝杆及其步进电机的选择,也包括V带的选型。电气控制的几个方面可以通过以下几个方向来进行选择。

      (1) 数 据 存 储 器 的 扩展。由于 8 9 C5 2 内 部 R A M只有256B,不能满足该系统的需求,故需要扩展片之外的数据存储器。常用的数据存储器芯片有6116、6264、62256等,均为28脚双列直插式扁平封装。CPU与程序存储器的连接方法和与数据存储器的连接方法基本相同,只有控制线的连接方法不同,89C52芯片的/RD引脚与RAM读输入信号/OE相连,8031芯片的/WR与RAM的写输入信号/WR相连(2)译码电路设计地址译码有线选法和全地址译码两种。线选法用于规模 较小的系统,不需要地址译码器从而减少了成本,但其可寻址的芯片数目受到限制,且地址空间不连 续,而全地址译码电路利用的地址空间很充分,可扩展较多的外围芯片。常用的译码器有74LS138、74LS139、74LS156等,此处芯片使用74LS138。(3)在此设计中选用LED也就是发光二极管显示器。而发光二极管显示器又分为共阴极(阴极连接在一起)和共阳极(阳极连接在一起)显示器,该系统选择六位七段共阴极显示器。(4)脉冲分配器的选择又称为环形分配器,分为软件环形分配器和硬件环形分配器两种。由于硬件环形分配器需要的I/O接口接线较少,且速度较快,故在本系统中使用硬件环形分配器。同时由于步进电动机为五相十拍,故此处每个电动机分别由一个硬件环形分配器YB015控制。(5)光电隔离开关与功率放大器如果I/O口输出信号与功率放大器直接相联,会产生强电干扰,所以在接口电路与功率放大器之间要加上隔离电路,实现电气隔离,通常使用光电耦合器。由于脉冲分配器的输出功率较小,不能满足步进电动机的要求,故使用功率放大器产生足够大的功率来驱动步进电动机的正常转动。其他辅助电路主要包括:时钟电路、复位电路、越界报警电路和掉电保护电路等。

      2 、系统网络硬件结构设计

      网络拓扑结构是指传输介质互相连接各种设备的物理布局,换句话说就是通过互联网将多台计算机联系起来形成一个共同体。PMAC(programmable multi-axes controller)是20世纪90年代由美国Delta Tau公司推出的开放式多轴运动控制器,PMAC内部使用Motorola DSP 56003数字信号处理芯片作为CPU,其性能都优于一般的控制器。现在应用比较多的就是客户机/服务器(Cl ient/s e r v e r)模 式 和浏览器/服务器(Br ow s e r/S e r v e r)模式。目前局 域网中最 常见的 3 个 协议 是 M ICRO S O F T 的NETBEUI、NOVELL的IPX/SPX和交叉平台TCP/IP。 

      N E T BEUI缺乏路由和网络层寻址功能,适用于只有单个网络或整个环境都桥接起来的小工作组环境;IPX具有完全的路由能力,可用于大型企业网,但可扩展性受到限制;TCP/IP协议是20世纪的60年代由麻省理工学院和一些商业组织为美国国防部开发的,是基本的通信协议,业已基本上成为网络事实上的标准。具有可扩展性、可靠性、实时性的特点,对于CNC远程监控系统来说非常适合。将双绞线准备好之后,就可以进行网络硬件的连接。如图1所示。

      3 、网络远程监控系统软件的设计

      该系统采用Visual  C++6.0进行开发,主要因VC是一个功能强大的可视化软件开发工具,且界面简洁,占用资源少,操作方便,可以和其他语言进行混合编程,能够制作出特别人性化的界面。

      该系统采用的是客户机/服务器与浏览器服务器相结合的模式,在这里主要设计客户机和服务器的连接。首先,服务器启动,此时服务器处于等待的状态,等待客户机发出的请求;其次,在某个时刻客户机启动,与服务器建立连接。程序工作流程主要包括监控端程序流程和受控端程序流程。监控端监控程序的主要包含3个方面:(1)通过ConnectSock()函数建立与远程计算机的连接;(2)通过Get DesktopBit()函数获取对方屏幕;(3)通过Mouse Event()函数控制对方的鼠标实现远程控制功能。

      4 、结语

      文章主要针对开放式数控网络远程监控技术进行研究,通过基于windows操作系统的个人计算机开发的开放式网络远程监控系统。

      在此次设 计中做了许多工作,主要包括伺服系统的选择,单片机的选型,网络拓扑的选择,系统运行模式选择,存储器扩展电路、I/O接口电路及键盘/显示器电路的设计,等等。最终通过网络逐步实现了客户端与服务器之间的信息传递,进而实现了远程监控的梦想.

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