0 引言

    制造的全球化和網(wǎng)絡(luò)化要求作為重要制造資源的數(shù)控機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)全球共享。以此為目標(biāo)建立的DNC系統(tǒng)不僅強(qiáng)調(diào)車間內(nèi)的信息集成，而且強(qiáng)調(diào)機(jī)床基于Web的遠(yuǎn)程信息發(fā)布[1-3]。采用同時(shí)具有以太網(wǎng)接口、串口和I/O口的BL2010單板機(jī)(ZWORLD公司產(chǎn)品)作為DNC控制器，構(gòu)建面向網(wǎng)絡(luò)化制造的DNC系統(tǒng)( PowerDNC )，是實(shí)現(xiàn)只具有串行通信的機(jī)床聯(lián)網(wǎng)的一種有效途徑。

1 PowerDNC系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)構(gòu)建方案

    DNC通信是建立DNC系統(tǒng)的基礎(chǔ)。不使用現(xiàn)場總線，把車間的以太網(wǎng)直接延伸到數(shù)控機(jī)床，車司的通信結(jié)構(gòu)將變成Internet/Intranet/Serial，從而簡單了很多[3]，圖1是PowerDNC系統(tǒng)采用的基于以太網(wǎng)的DNC系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)。

    相對于現(xiàn)場總線式結(jié)構(gòu)，基于以太網(wǎng)的DNC系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)減少了系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)車間辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)化設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的直接連接。使車間乃至整個(gè)企業(yè)的信息網(wǎng)與DNC通訊網(wǎng)絡(luò)得以統(tǒng)一。

圖1 基于以太網(wǎng)的DNC系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)

2 PowerDNC系統(tǒng)的實(shí)施體系結(jié)構(gòu)模型

    系統(tǒng)實(shí)施結(jié)構(gòu)分為用戶層、服務(wù)層、代理層和設(shè)備層四層。用戶層為企業(yè)的數(shù)控編程人員或調(diào)度人員，也可以是沒有合適數(shù)控設(shè)備的企業(yè)。用戶層可通過瀏覽器訪問服務(wù)層尋找合適的數(shù)控設(shè)備；服務(wù)層提供數(shù)控資源集成服務(wù)平臺(tái)，它一方面為用戶層提供數(shù)控機(jī)床的靜態(tài)信息和動(dòng)態(tài)信息，另一方面接收來自代理層的機(jī)床實(shí)時(shí)信息，反饋代理層的請求：代理層是實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床通信的平臺(tái)，接收來自服務(wù)層的制造數(shù)據(jù)并傳輸給設(shè)備層，同時(shí)采集來自設(shè)備層的數(shù)據(jù)并傳輸給服務(wù)層，是設(shè)備層的代理；設(shè)備層是指數(shù)控機(jī)床[4]服務(wù)層和代理層的構(gòu)建是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

3 PowerDNC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 DNC控制器的選型

    構(gòu)建基于以太網(wǎng)的DNC通信系統(tǒng)，關(guān)鍵是確定DNC控制器。DNC控制器首先應(yīng)是串口服務(wù)器，其次要求適應(yīng)DNC通信的要求[5]
 
    (1)同時(shí)具有以太網(wǎng)接口和串行通信接口;

    (2)符合車間現(xiàn)場的電磁環(huán)境要求;

    (3)具有較大的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器和較強(qiáng)的CPU;

    (4)支持出口服務(wù)器應(yīng)用軟件的開發(fā);

    (5)應(yīng)具有多任務(wù)開發(fā)能力，同時(shí)可以作為嵌入式Web服務(wù)器。

    綜合上述要求，選用ZWORLD公司生產(chǎn)的Wildcat BL2010型單板機(jī)用作DNC控制器。

3.2 基于以大網(wǎng)的DNC通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    基于以太網(wǎng)的DNC通信系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)如圖1。通過以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)建車間以太網(wǎng)。通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)車間和Internet的連接，數(shù)控機(jī)床通過串口服務(wù)器BL2010接入車間網(wǎng)絡(luò)。其中BL2010的串口與數(shù)控機(jī)床的串口連接；BL2010的信號輸入口與數(shù)控機(jī)床的信號采集點(diǎn)連接。

    基于以太網(wǎng)的DNC通信系統(tǒng)的信息流動(dòng)模型如圖2，其中DNC控制器BL2010相當(dāng)于數(shù)控機(jī)床信息中轉(zhuǎn)站，同時(shí)又是一個(gè)嵌入式Web服務(wù)器，實(shí)時(shí)發(fā)布機(jī)床狀態(tài)信息。DNC服務(wù)器負(fù)責(zé)與DNC控制器間數(shù)控程序的交換。數(shù)控庫服務(wù)器負(fù)責(zé)存儲(chǔ)機(jī)床事件和數(shù)控程序。而網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器作為車間Intranet和互聯(lián)網(wǎng)Internet的網(wǎng)關(guān)，轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)床實(shí)時(shí)信急，從數(shù)據(jù)庫中提取機(jī)床事件日志，經(jīng)過分析后網(wǎng)絡(luò)發(fā)布機(jī)床狀態(tài)[5]。

圖2 基于以太網(wǎng)的DNC通信系統(tǒng)的信息流動(dòng)模型

3.3 數(shù)控資源集成服務(wù)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

    采用基于B/S模式的典型三層分布式體系結(jié)構(gòu)，可以滿足企業(yè)內(nèi)部對數(shù)控資源管理的需要，滿足企業(yè)間對數(shù)控資源管理的需要。該實(shí)施結(jié)構(gòu)分為三個(gè)層次，如圖3。

圖3 數(shù)控資源集成服務(wù)平臺(tái)伏系結(jié)構(gòu)

    第一層是客戶層。用戶通過瀏覽器將加工任務(wù)加入到數(shù)控機(jī)床的任務(wù)隊(duì)列，并把與此相關(guān)的制造數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器，同時(shí)可以在線瀏覽機(jī)床的工作狀態(tài)和加工日志以及加工任務(wù)。

    第二層為服務(wù)器層。系統(tǒng)設(shè)置了三個(gè)Web服務(wù)器，是用于存放各功能實(shí)現(xiàn)模塊，稱之為數(shù)據(jù)Web服務(wù)器，其作為中間層響應(yīng)客戶的需求并反饋從數(shù)據(jù)庫中查詢的結(jié)果和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，通過JDBC實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端程序和第三層的數(shù)據(jù)交流。另一個(gè)是能夠?qū)崟r(shí)提供機(jī)床狀態(tài)的與數(shù)控機(jī)床的I/O連接的嵌入式Web服務(wù)器，即DNC控制器。通過此控制器，車間管理人員和企業(yè)合作伙伴可以實(shí)時(shí)了解機(jī)床的工作狀態(tài)。最后一個(gè)是Web視頻服務(wù)器，可以將攝像機(jī)拍攝圖像實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。
  
    第三層是數(shù)據(jù)庫層。用于存儲(chǔ)數(shù)控程序、機(jī)床信息和作業(yè)計(jì)劃等的資源數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)的軟件平臺(tái)

    數(shù)控機(jī)床的通信平臺(tái)是利用Windows下提供的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序編程接口Winsock，在VC++6.0編程環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。利用BL2010 μC/OS-II實(shí)時(shí)嵌入操作系統(tǒng)對搶先式多任務(wù)的支持，根據(jù)DNC的通信要求，在Dynamic C Premier軟件開發(fā)系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)了DNC串口服務(wù)器的內(nèi)核設(shè)計(jì)。Web服務(wù)器選擇PC服務(wù)器，選用Windows 2000 Server作為Web服務(wù)器的操作系統(tǒng)。選用JSP作為動(dòng)態(tài)Web交互開發(fā)技術(shù)。選用Resin作為Web服務(wù)器軟件。數(shù)據(jù)服務(wù)器選用SQL Server 2000，采用JDBC技術(shù)實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫的連接。

4.2 系統(tǒng)的應(yīng)用

    開發(fā)的PowerDNC系統(tǒng)具有數(shù)控機(jī)床管理、數(shù)控程序管理、機(jī)床狀態(tài)查詢、機(jī)床的統(tǒng)計(jì)報(bào)告和刀具管理以及制造數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收等功能。數(shù)控編程人員通過查詢機(jī)床的生產(chǎn)任務(wù)和機(jī)床狀態(tài)確定合適的加工機(jī)床，把加工任務(wù)加入該機(jī)床的任務(wù)隊(duì)列，由系統(tǒng)自動(dòng)生成機(jī)床每日的工作計(jì)劃，機(jī)床操作人員根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)用合適的數(shù)控程序來完成加工，同時(shí)由機(jī)床信息采集系統(tǒng)完成對機(jī)床信息的采集。圖4為加工模具型腔時(shí)數(shù)控程序發(fā)送圖，圖5為采集的機(jī)床狀態(tài)。該系統(tǒng)己在大連理工大學(xué)模具有限公司使用，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，提高了數(shù)控設(shè)備的利用率，達(dá)到很好的使用效果[6]。

圖4 數(shù)控程序發(fā)送圖

圖5 機(jī)床狀態(tài)采集

5 結(jié)論

    基于以太網(wǎng)的PowerDNC系統(tǒng)使車間乃至整個(gè)企業(yè)的信息網(wǎng)與DNC通信網(wǎng)絡(luò)得以統(tǒng)一，可以滿足車間各個(gè)層次的要求，達(dá)到全車間信息的完整性、通透性和一致性。而且可以直接將數(shù)控機(jī)床接入Internet，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息的傳輸。

參考文獻(xiàn)

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