開放式數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)
2018-5-17 來源：臨沂大學(xué)汽車學(xué)院 作者：趙琳
摘要：科技日益發(fā)展，數(shù)控加工技術(shù)方面越來越多的采用開放式數(shù)控系統(tǒng)，開放式，顧名思義，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化、能夠重構(gòu)、能夠擴(kuò)展的控制系統(tǒng)，給二次開發(fā)提供更多的余地，不斷滿足新加工的需要。該次設(shè)計(jì)開發(fā)研究一種基于PC機(jī)和WINDOWS平臺(tái)的開放式數(shù)控網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。將以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于開放式數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控中，采用星型與總線型相混合的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)建了基于客戶機(jī)／服務(wù)器(C/S)與瀏覽器/服務(wù)器（B/S)相結(jié)合的運(yùn)行模式的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺(tái)。采用VC++6.0語言進(jìn)行監(jiān)控界面的編程，利用基于MFC的Windows Socket網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)作為數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)軟件。
關(guān)鍵詞：開放式 數(shù)控系統(tǒng) 以太網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控
截止目前，監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展走過了3個(gè)里程，第一個(gè)里程是被稱為CCTV的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，第二個(gè)里程是被稱為DVR的數(shù)字食品監(jiān)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在的第三代監(jiān)控系統(tǒng)，則是IPVS，即完全基于IP網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程監(jiān)控的含義主要是從離被實(shí)施動(dòng)作的對(duì)象較遠(yuǎn)的距離來實(shí)施監(jiān)測和控制。其中，通過具體的硬件系統(tǒng)達(dá)到對(duì)信息的獲取，然后通過傳輸系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，被監(jiān)控的對(duì)象則通過遠(yuǎn)程的監(jiān)控來被操作。人們通常所述的監(jiān)控，可以指監(jiān)控一條街的動(dòng)態(tài)，監(jiān)控一條生產(chǎn)線的運(yùn)作，根據(jù)不同的信息源來確定下一步的具體操作。
通過基于windows操作系統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)開發(fā)的開放式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)主要包含以下兩個(gè)方面的要點(diǎn)：（1）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的硬件基礎(chǔ)。構(gòu)建一個(gè)局域網(wǎng)，在網(wǎng)絡(luò)中包含多個(gè)數(shù)控系統(tǒng)，以及一臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)。這臺(tái)電腦可以給與安裝用戶提供數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)下載等服務(wù)；（2）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的軟件基礎(chǔ)，開發(fā)出能夠?qū)崿F(xiàn)上述網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能的軟件系統(tǒng)。
1 、數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制部分設(shè)計(jì)
伺服系統(tǒng)可分為3種類型，即（1）開環(huán)控制系統(tǒng)；（2）閉環(huán)控制系統(tǒng);（3）半閉環(huán)控制系統(tǒng)。首先開環(huán)控制系統(tǒng)，沒有反饋裝置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，調(diào)試和維修都比較簡單。目前國內(nèi)多數(shù)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床普遍采用開環(huán)伺服系統(tǒng)，因此該系統(tǒng)也采用開環(huán)控制。
圖1 個(gè)人機(jī)和服務(wù)器的連接示意圖
閉環(huán)控制系統(tǒng)具有反饋裝置，裝在機(jī)床移動(dòng)部件上來檢測實(shí)際位移量，能補(bǔ)償系統(tǒng)的誤差，控制精度高，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和調(diào)試比較復(fù)雜，造價(jià)高。
脈沖當(dāng)量是指在輸入一個(gè)脈沖后機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的位移量銑床的脈沖當(dāng)量是0.01～0.005 mm/脈沖，故機(jī)床的脈沖當(dāng)量設(shè)定為0.01 mm/脈沖。
滾珠絲杠螺母副的選型中包括了對(duì)X向、Y向和Z向進(jìn)給絲桿及其步進(jìn)電機(jī)的選擇，也包括V帶的選型。電氣控制的幾個(gè)方面可以通過以下幾個(gè)方向來進(jìn)行選擇。
(1) 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 的 擴(kuò)展。由于 8 9 C5 2 內(nèi) 部 R A M只有256B，不能滿足該系統(tǒng)的需求，故需要擴(kuò)展片之外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片有6116、6264、62256等，均為28腳雙列直插式扁平封裝。CPU與程序存儲(chǔ)器的連接方法和與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的連接方法基本相同，只有控制線的連接方法不同，89C52芯片的/RD引腳與RAM讀輸入信號(hào)/OE相連，8031芯片的/WR與RAM的寫輸入信號(hào)/WR相連（2）譯碼電路設(shè)計(jì)地址譯碼有線選法和全地址譯碼兩種。線選法用于規(guī)模 較小的系統(tǒng)，不需要地址譯碼器從而減少了成本，但其可尋址的芯片數(shù)目受到限制，且地址空間不連 續(xù)，而全地址譯碼電路利用的地址空間很充分，可擴(kuò)展較多的外圍芯片。常用的譯碼器有74LS138、74LS139、74LS156等，此處芯片使用74LS138。（3）在此設(shè)計(jì)中選用LED也就是發(fā)光二極管顯示器。而發(fā)光二極管顯示器又分為共陰極（陰極連接在一起）和共陽極（陽極連接在一起）顯示器，該系統(tǒng)選擇六位七段共陰極顯示器。（4）脈沖分配器的選擇又稱為環(huán)形分配器，分為軟件環(huán)形分配器和硬件環(huán)形分配器兩種。由于硬件環(huán)形分配器需要的I/O接口接線較少，且速度較快，故在本系統(tǒng)中使用硬件環(huán)形分配器。同時(shí)由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為五相十拍，故此處每個(gè)電動(dòng)機(jī)分別由一個(gè)硬件環(huán)形分配器YB015控制。（5）光電隔離開關(guān)與功率放大器如果I/O口輸出信號(hào)與功率放大器直接相聯(lián)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)電干擾，所以在接口電路與功率放大器之間要加上隔離電路，實(shí)現(xiàn)電氣隔離，通常使用光電耦合器。由于脈沖分配器的輸出功率較小，不能滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的要求，故使用功率放大器產(chǎn)生足夠大的功率來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正常轉(zhuǎn)動(dòng)。其他輔助電路主要包括：時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、越界報(bào)警電路和掉電保護(hù)電路等。
2 、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指傳輸介質(zhì)互相連接各種設(shè)備的物理布局，換句話說就是通過互聯(lián)網(wǎng)將多臺(tái)計(jì)算機(jī)聯(lián)系起來形成一個(gè)共同體。PMAC(programmable multi－axes controller)是20世紀(jì)90年代由美國Delta Tau公司推出的開放式多軸運(yùn)動(dòng)控制器，PMAC內(nèi)部使用Motorola DSP 56003數(shù)字信號(hào)處理芯片作為CPU，其性能都優(yōu)于一般的控制器?，F(xiàn)在應(yīng)用比較多的就是客戶機(jī)/服務(wù)器（Cl ient/s e r v e r）模 式 和瀏覽器/服務(wù)器（Br ow s e r/S e r v e r)模式。目前局 域網(wǎng)中最 常見的 3 個(gè) 協(xié)議 是 M ICRO S O F T 的NETBEUI、NOVELL的IPX/SPX和交叉平臺(tái)TCP/IP。
N E T BEUI缺乏路由和網(wǎng)絡(luò)層尋址功能，適用于只有單個(gè)網(wǎng)絡(luò)或整個(gè)環(huán)境都橋接起來的小工作組環(huán)境；IPX具有完全的路由能力，可用于大型企業(yè)網(wǎng)，但可擴(kuò)展性受到限制；TCP/IP協(xié)議是20世紀(jì)的60年代由麻省理工學(xué)院和一些商業(yè)組織為美國國防部開發(fā)的，是基本的通信協(xié)議，業(yè)已基本上成為網(wǎng)絡(luò)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。具有可擴(kuò)展性、可靠性、實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，對(duì)于CNC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)來說非常適合。將雙絞線準(zhǔn)備好之后，就可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)硬件的連接。如圖1所示。
3 、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)采用Visual C++6.0進(jìn)行開發(fā)，主要因VC是一個(gè)功能強(qiáng)大的可視化軟件開發(fā)工具，且界面簡潔，占用資源少，操作方便，可以和其他語言進(jìn)行混合編程，能夠制作出特別人性化的界面。
該系統(tǒng)采用的是客戶機(jī)/服務(wù)器與瀏覽器服務(wù)器相結(jié)合的模式，在這里主要設(shè)計(jì)客戶機(jī)和服務(wù)器的連接。首先,服務(wù)器啟動(dòng)，此時(shí)服務(wù)器處于等待的狀態(tài)，等待客戶機(jī)發(fā)出的請(qǐng)求；其次,在某個(gè)時(shí)刻客戶機(jī)啟動(dòng)，與服務(wù)器建立連接。程序工作流程主要包括監(jiān)控端程序流程和受控端程序流程。監(jiān)控端監(jiān)控程序的主要包含3個(gè)方面：(1)通過ConnectSock()函數(shù)建立與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的連接;(2)通過Get DesktopBit()函數(shù)獲取對(duì)方屏幕;(3)通過Mouse Event()函數(shù)控制對(duì)方的鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。
4 、結(jié)語
文章主要針對(duì)開放式數(shù)控網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行研究，通過基于windows操作系統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)開發(fā)的開放式網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。
在此次設(shè) 計(jì)中做了許多工作，主要包括伺服系統(tǒng)的選擇，單片機(jī)的選型，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪x擇，系統(tǒng)運(yùn)行模式選擇，存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、I/O接口電路及鍵盤/顯示器電路的設(shè)計(jì)，等等。最終通過網(wǎng)絡(luò)逐步實(shí)現(xiàn)了客戶端與服務(wù)器之間的信息傳遞，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控的夢想.
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