網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控教學(xué)系統(tǒng)的研究與開發(fā)分析

莫曉德

摘要：計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展帶來了制造業(yè)的不斷變革，數(shù)控技術(shù)作為未來先進制造技術(shù)的核心內(nèi)容之一。本文主要分析了開發(fā)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本要求，并提出了網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，重點對網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺和軟件平臺的設(shè)計與實現(xiàn)進行了闡述分析，并指出了基于Internet的網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的研究發(fā)展趨勢，有很強的實際應(yīng)用意義。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng);Internet;CAM/CAM;數(shù)字控制;數(shù)字化制造

1 引言

人們對數(shù)控技術(shù)的持續(xù)研究，深化信息技術(shù)的應(yīng)用，促使其發(fā)揮更大的潛能和進一步提升其性能。因此，發(fā)展在信息技術(shù)支持下的先進數(shù)控技術(shù)來推進制造裝備及其控制運行過程自動化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的數(shù)字化技術(shù)，將是構(gòu)成企業(yè)制造系統(tǒng)現(xiàn)代化的關(guān)鍵。它將提高企業(yè)在經(jīng)濟全球化條件下，對不確定性市場環(huán)境的適應(yīng)能力。所以，數(shù)控技術(shù)對機械制造企業(yè)重構(gòu)和改造應(yīng)起到重大作用。

2 發(fā)展網(wǎng)絡(luò)數(shù)控的意義

隨著計算機集成制造技術(shù)、敏捷制造、智能制造等新的概念和方法的研究與發(fā)展，作為各種先進制造環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)制造的基本單元，網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用顯得尤為重要。網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)將為網(wǎng)絡(luò)制造、遠程制造、遠程診斷與維護及機床與各種網(wǎng)絡(luò)資源的相互共享等提供了最基本的支持。

3 開發(fā)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)的基本要求

3.1 支持基于網(wǎng)絡(luò)的信息共享

若使CNC系統(tǒng)成為一種全球制造資源，其最基本要求就是支持跨平臺的系統(tǒng)操作，支持不同地域的多用戶信息共享：一方面要求CNC系統(tǒng)能夠充分利用企業(yè)信息網(wǎng)上層所擁有的各類管理和技術(shù)資源;另一方面要求上層企業(yè)層計算機能夠通過Intranet及時地獲取底層CNC系統(tǒng)的實時現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

3.2 支持基于網(wǎng)絡(luò)的實時監(jiān)控

網(wǎng)絡(luò)化CNC系統(tǒng)應(yīng)能及時地向遠程客戶端發(fā)布實時狀態(tài)信息，并能在遠程客戶端對系統(tǒng)進行實時的操作和控制。

3.3 通過網(wǎng)絡(luò)提供遠程數(shù)字化服務(wù)

通過Internet/Intranet提供遠程數(shù)字化服務(wù)，包括遠程在線編程、遠程技術(shù)咨詢/技術(shù)培訓(xùn)、特定控制功能的追加、交互式遠程故障診斷等服務(wù)內(nèi)容。

4 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

為實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)有的功能，筆者構(gòu)建了系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。這是一個由B/S與C/S相組合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它充分利用B/S和C/S各自優(yōu)勢，實現(xiàn)兩者之間的優(yōu)勢互補，以滿足網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控遠程服務(wù)和遠程監(jiān)控的功能要求。

從B/S角度分析，這是一個3層結(jié)構(gòu)：第一層為遠程客戶層，遠程客戶可通過瀏覽器實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的遠程監(jiān)控和信息共享;第二層為系統(tǒng)服務(wù)層，用于存放遠程服務(wù)功能模塊和相關(guān)的應(yīng)用程序;第三層是數(shù)據(jù)庫服務(wù)層，用于存儲加工工藝參數(shù)、機床設(shè)備參數(shù)、實時的系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)等。這種B/S系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式易于實現(xiàn)跨平臺操作，降低了對客戶機的要求，提高了系統(tǒng)通用性。

從C/S角度看，該系統(tǒng)為兩層結(jié)構(gòu)，即遠程客戶端和底層的Web - CNC，通過TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)遠程客戶端與Web - CNC之間的雙向通信，通過遠程客戶端的虛擬控制面板實現(xiàn)基于Internet/Intranet的系統(tǒng)遠程實時監(jiān)控。這種C/S結(jié)構(gòu)形式可由客戶機向服務(wù)器發(fā)布各種請求命令，由服務(wù)器將實時的系統(tǒng)狀態(tài)信息返回給客戶機，實現(xiàn)實時的點對點控制。

5 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)

5.1 硬件構(gòu)成

Web - CNC原型系統(tǒng)是以IPC+多軸運動控制器（PMAC）為硬件平臺。PMAC是美國Delta Tau公司提供的一個控制單元，以高速數(shù)字信號處理器（DSP）為中央處理單元，具有插補、刀補、位置控制、速度處理、PLC控制、內(nèi)務(wù)管理等基本的數(shù)控系統(tǒng)功能，支持用戶的開發(fā)和擴展，與IPC配合具有上下兩級的開放性。這種硬件結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、構(gòu)建方便、開放性好的特點，可共享IPC微機豐富的軟硬件資源，便于系統(tǒng)開發(fā)，可方便地與網(wǎng)絡(luò)連接，利于遠程服務(wù)、遠程監(jiān)控和制造系統(tǒng)的集成。

5.2 軟件環(huán)境

a.在Windows XP環(huán)境下，用Visual C++6.0開發(fā)Web - CNC原型系統(tǒng)的控制、管理和網(wǎng)絡(luò)通信等軟件功能模塊。

b.選用Windows NT和Microsoft公司IIS5.0作為Web服務(wù)器，用以管理和發(fā)布信息。采用IIS所支持的ASP（Active Server Page）以及ADO（Active Data Objects）技術(shù)實現(xiàn)動態(tài)網(wǎng)頁的設(shè)計和對SQLServer2000數(shù)據(jù)庫的訪問。

c.采用MicrosoftSQLServer2000作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，存儲和管理數(shù)控程序、加工工藝參數(shù)、機床設(shè)備基本參數(shù)、機床實時狀態(tài)信息和用戶信息等。

6 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)實現(xiàn)

6.1 數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)

數(shù)控系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時采集是Web - CNC原型系統(tǒng)的基本要求，也是實現(xiàn)信息共享的關(guān)鍵技術(shù)之一。由Delta Tau公司提供的PComm32通信驅(qū)動軟件可方便地實現(xiàn)PMAC與上層Windows應(yīng)用程序的通信，其PComm32通信驅(qū)動軟件由PMAC.DLL、PMAC.SYS、PMAC.VXD3個文件組成，共包含250多個函數(shù)。

6.2網(wǎng)絡(luò)通信與接口技術(shù)

本原型系統(tǒng)采用面向連接的流式套接字技術(shù)用VC++6.0分別為Web - CNC和遠程客戶端開發(fā)了基于以太網(wǎng)卡10M/100M的網(wǎng)絡(luò)通信接口程序模塊，建立兩者之間穩(wěn)定的雙向通道。流式套接字數(shù)據(jù)傳輸過程是典型的客戶/服務(wù)器（C/S）模式。啟動Web - CNC服務(wù)器，并調(diào)用Listen（）函數(shù)等待遠程客戶的訪問，當(dāng)查獲遠程客戶開始向Web - CNC發(fā)出請求時，調(diào)用Receive（）函數(shù)接受請求，建立穩(wěn)定可靠的連接。這種數(shù)據(jù)傳輸方法按發(fā)送的順序接受數(shù)據(jù)，適用于大量的數(shù)據(jù)傳輸，具有可靠性好和實時性高的特點。

6.3遠程監(jiān)控技術(shù)

遠程監(jiān)控是Web - CNC的重要內(nèi)容，其關(guān)鍵在于遠程客戶端虛擬控制面板的實現(xiàn)。在本系統(tǒng)中，采用ASP技術(shù)制作了動態(tài)網(wǎng)頁，并在網(wǎng)頁中嵌入用Active X控件開發(fā)的虛擬控制面板，可供遠程客戶的訪問。

虛擬控制面板內(nèi)主要包含兩類信息：一類是Web - CNC系統(tǒng)實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括各運動軸狀態(tài)、當(dāng)前操作方式、報警信息、操作按鈕狀態(tài)等，這類信息源自于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，即通過ADO技術(shù)把采集存放在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)在虛擬控制面板上顯示，并定時地刷新;另一類是操作控制按鈕，包括控制方式、倍率調(diào)節(jié)、程序選擇以及啟動和急停等按鈕，系統(tǒng)控制命令可通過虛擬控制面板上的按鈕經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)通信通道下傳到Web - CNC，再通過Device Get Response（）函數(shù)的調(diào)用將命令下載給PMAC執(zhí)行，以控制機床運動。

7 結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)數(shù)控以Internet技術(shù)、通訊技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和計算機技術(shù)為技術(shù)，遠程設(shè)計、數(shù)控編程和數(shù)控加工集成在一起，實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)等數(shù)控設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化和集成化，已成為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。它具有十分廣泛的技術(shù)內(nèi)涵。文中涉及了國內(nèi)外對網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，對關(guān)鍵技術(shù)的探討僅僅是網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)在利用網(wǎng)絡(luò)資源進行生產(chǎn)應(yīng)用的一個方面，有關(guān)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對數(shù)控系統(tǒng)大范圍內(nèi)的資源優(yōu)化課題有待于進一步探索。

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（作者單位：廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)校）