車間區域網內分布式數控工具機的實時監控系統的製作方法
2023-04-27 13:52:11 1
專利名稱：車間區域網內分布式數控工具機的實時監控系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種數控工具機的實時監控系統，具體是一種車間區域網內分布式數控工具機的實時監控系統。屬於機械工程中的控制技術領域。
背景技術：
隨著製造系統向集成化、網絡化方向的發展，現代自動化柔性生產線(FMS)運行信息的準確性、一致性和實時性，直接關係到生產產品的質量、操作的安全等相關過程。數控工具機(CNC)，一般作為生產線的主要組成部分，其運行狀態很大程度上影響著整條生產線的運行。因此有效地對車間內多臺分布式數控工具機實時生產線車間範圍內的監控是提高整條生產線有效運行的重要手段，並能進一步提高產品質量，提高生產效率和降低生產事故。
經文獻檢索發現，中國專利申請號為03113556.0，發明名稱為基於製造現場的智能化遠程網絡監控系統，該專利申請提出了一種基於製造現場的智能化遠程網絡監控系統，對於為了能更有效地實時控制車間內的數控工具機，該技術的針對性不強，無法對車床上刀具的位置進行監控；沒有數控工具機控制的歷史運行數據的資料庫記錄；而且投入成本高，包括視頻伺服器、攝像頭、數據採集器、485串口伺服器等器材，實現結構複雜。
發明內容
本發明的目的是針對背景技術中的不足和缺陷，提供一種車間區域網內分布式數控工具機的實時監控系統，使其在離車間數控工具機一定距離的車間主控室內，通過網絡對多臺分布式數控工具機進行實時監控，該系統功能齊備，容易擴展，投入成本低。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括終端伺服器或者串口擴展器，RS-232C串口通訊線，雙絞線電纜，數控工具機控制器，分布式數控(DNC)模塊，主控計算機。主控計算機是有動態主機配置協議(DHCP)功能和TCP/IP協議，並且設有分布式數控模塊的PC機，通過雙絞線電纜與企業車間內部區域網連接，串口擴展器連接在主控計算機上，主控計算機主板設具有I/O接口的串口擴展卡，或者採用終端伺服器，終端伺服器通過雙絞線電纜與企業車間內部區域網連接，數控工具機控制器通過RS-232C串口通訊線與串口擴展器或者終端伺服器連接。
所述的終端伺服器，由主控計算機上的動態主機配置協議功能分配獨立唯一的IP通信地址，終端伺服器的埠通過RS-232C串口通訊線與數控工具機控制器連接，終端伺服器另一端通過雙絞線電纜與企業內部車間區域網連接，生產所需的各資料庫通過車間區域網與主控計算機連接。
當終端伺服器改用串口擴展器，串口擴展卡與主控計算機上擴展槽相連，串口擴展卡上的COM串口通過RS-232C串口通訊線與數控工具機控制器連接，主控計算機與生產所需的各資料庫通過雙絞線電纜與車間區域網連接。
可連接的數控工具機的數量由終端伺服器或者串口擴展器的數量以及終端伺服器或串口擴展器上的COM串口數量共同決定。
本發明中的主控計算機是一般PC機或手提電腦裝上自主開發的分布式數控模塊形成的，該模塊是多線程串口通信控制軟體；通過分布式數控模塊可以設置和改變終端伺服器或者串口擴展器的埠數據通信參數等物理層通訊協議，結合封裝的鏈路層協議和DNC應用層協議來控制對應的工具機。
本發明中，工具機運行出現的可能各種狀態用0～15代碼相應表示，動態生成資料庫進行存儲，資料庫動態信息實時傳回主控計算機控制界面，供監控者實時監控。同時資料庫保存工具機上刀具的信息，這些信息隨著刀具的運行狀態實時進行更新。
本發明中主要結合數控工具機控制器通信RS-232協議和TCP/IP協議兩種通信方式，分布式數控模塊採用多線程串口通信方法，結合資料庫技術，來對數控工具機進行實時監控。串行通信由於接線少、成本低、使用方便，所以廣泛使用。一般儀器的對外通信界面有RS-232、RS-485/422、GPIB、AC Ouput等。由於RS-232是一個使用相當久的標準，更由於它的容易性以及便宜的價格，因此有提供對外傳輸界面的儀器幾乎都有提供RS-232的界面。因此，RS-232C通訊線能適用於車間內不同型號的數控工具機，能方便實現對多種數控工具機的通信連接。
與現有技術相比，增加了自行開發的具有可移值性的分布式數控模塊和串口擴展器或終端伺服器，採用RS-232C串口通訊線連接；省略了觸控螢幕計算機、485串口伺服器、視頻伺服器、攝像頭、無線HUB、數據採集器。同時採用集合資料庫進行監控反饋，利用進度條顯示或者反饋數據跳動，實現簡單，成本低。
本發明的優點在於，通用性強，可以針對不同型號的工具機；功能齊備，可以實現對工具機的執行程序、工具機復位、與工具機進行數控(NC)程序互傳、讀取工具機狀態及刀具位置、選擇程序加工及在工具機上刪除程序等主要的控制，以及工具機故障診斷等，使得在實時監控工具機上刀具運行狀態的同時，提高工具機設備的使用壽命和使用安全性；容易擴展，串口接口簡單易用，移植性強，適用於不同的作業系統；投入成本低，實現的硬體結構簡單，分布式數控模塊自行開發。
圖1是本發明結構示意圖。
圖2是本發明中分布式數控模塊的工作過程圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明包括終端伺服器或者串口擴展器，RS-232C串口通訊線，雙絞線電纜，數控工具機控制器，分布式數控模塊，主控計算機，主控計算機是設有分布式數控模塊的PC機或者手提電腦，通過雙絞線電纜與企業車間內部區域網連接，串口擴展器連接在主控計算機上，主控計算機主板設具有I/O接口的串口擴展卡，或者採用終端伺服器，終端伺服器通過雙絞線電纜與企業車間內部區域網連接，數控工具機控制器通過RS-232C串口通訊線與串口擴展器或者終端伺服器連接。
串口擴展器或者終端伺服器與數控工具機的連接使用RS-232C串口通訊線，主控計算機或者其他生產所需要的資料庫通過雙絞線電纜與企業內部的區域網連接。主控計算機通過區域網和終端伺服器或者串口擴展器的網絡介質實現對數控工具機進行控制。
當使用有終端伺服器或者串口擴展器時，為了能對終端伺服器或者串口擴展器進行配置，分布在企業區域網上的主控計算機要求能具備動態主機配置協議功能。為了具備動態主機配置協議功能，主控計算機上先安裝Windows 2000Server/Advanced Server系統，同時主控計算機安裝TCP/IP協議，並為其設置靜態IP位址、子網掩碼、默認網關等內容，最後在主控計算機上增加網絡服務「動態主機配置協議」功能，這樣主控計算機就能控制一段IP位址範圍，終端伺服器和串口擴展器就可以自動獲得伺服器分配的IP位址和子網掩碼。
用串口擴展器時，主控計算機的主機板上必須帶具有I/O接口的串口擴展卡。一臺主控計算機能帶串口擴展器的數量跟主控計算機帶有的串口擴展卡的數量有關，串口擴展器能連接數控工具機的數量跟串口擴展器上的COM串口數量有關，這樣配置多臺串口擴展器能實現對多臺數控工具機的連接；例如，可用MOXA公司的PCI型C320串口擴展卡，理論上可擴展出128個串口，就可以連接128臺數控工具機。串口擴展器與主控計算機的距離不遠，基於考慮RS-232C串口通訊線的可靠傳輸距離，用串口擴展器的結構適用於車間規模不大，數控工具機距離車間主控室不遠的車間。
終端伺服器的COM串口與數控工具機通過RS-232C串口通訊線連接，終端伺服器的另一端與企業區域網連接。企業區域網上可以連接多臺終端伺服器。終端伺服器的數量和每臺終端伺服器上的COM串口數量決定可以控制的數控工具機的數量。例如，連接2臺Central Data公司的EL-160終端伺服器，因為每臺具有16個COM串口，這樣可以同時連接32臺數控工具機進行數據傳輸。
由於終端伺服器與企業車間內部區域網的連接是用雙絞線電纜，所以終端伺服器的位置可以放在車間內部比較任意的位置，這樣結合RS-232C串口通訊線的連接通信可靠距離，應用終端伺服器的結構可以面向比較大型、數控工具機分布比較多的車間內部。
由於終端伺服器配置了獨立的IP通信地址，區域網上的任何一臺有分布式數控模塊的計算機都可以對製造單元中的任何一臺工具機進行控制。所以，車間內只有一個監控室進行監控時用串口擴展器，有多個監控室進行監控時用終端伺服器。
主控計算機上具備分布式數控模塊，該模塊是多線程串口通信軟體。分布式數控模塊封裝了網絡協議的物理層、數據鏈路層、DNC應用層的協議，這樣能對物理層通信參數進行配置，從指定的資料庫中將選定工具機的埠配置參數讀出，對工具機埠通信的COM埠、控制流、奇偶校驗、波特率、傳輸數據位、停止位等進行重新設定，來控制對應工具機實時通信的速度和效率；利用符合數控工具機控制器通訊標準的LSV2協議進行主控計算機與工具機的通訊，反饋主控計算機和數控工具機通信的實時狀態；數控工具機實時完成主控計算機發送的控制命令的執行，讀取刀具位置，本發明中設定的刀具位置是刀具的五坐標軸位置，其數值按第五軸到第一軸的順序排列。
數控工具機控制器返回的數控工具機狀態用代碼0～15表示，具體為0Rewind(RWD)；1Alarm(AL)；2Rest(RST)；3Automatic OperationCurrently Stopped(SPL)；4Automatic Operation Currently Started(STL)；5Automatic Operation In Process(OP)；6Servo Ready(SA)；7CNCReady(MA)；8～11Not Used；12M00 Output(M00)；13M01 Output(M01)；14M02 Output(M02)；15M30 Output(M30)。資料庫存儲這些狀態，對工具機的狀態進行實時監測和控制。
如圖2所示，本發明中，網絡結構、設備與分布式數控模塊準備完畢後，就能對車間內的數控工具機進行實時監控操作。在主控計算機上，利用分布式數控模塊，從連接的現有數控工具機資料庫中選擇要監控的數控工具機，首先進行物理層的通訊參數配置，利用RS-232協議配置進行通訊的COM埠的各類參數，包括波特率、數據位、停止位、奇偶校驗等；然後，在COM埠的參數設定完了後，利用封裝的鏈路層的LSV2協議建立主控計算機與控制的工具機的實時通訊；再在分布式數控模塊中，配置DNC應用層的協議，這樣可以完成各種不同的實時控制功能，例如，如果採用GE公司的FANUC DNC2協議可以完成31種不同的控制功能，包括下載程序到數控工具機、從數控工具機上傳數控程序到主機、在工具機中刪除數控程序、讀取刀具位置、讀取工具機狀態、從工具機選擇加工零件的數控程序、執行數控程序、工具機復位等等。各種控制的操作信息在車間主控室的主控計算機上以進度條或者其他圖標方式表示，反饋給監控者，幫助其做出下一步的監控決策。
權利要求
1.一種車間區域網內分布式數控工具機的實時監控系統，包括數控工具機控制器，主控計算機，RS-232C串口通訊線，雙絞線電纜，其特徵在於還包括串口擴展器或者終端伺服器，分布式數控模塊，主控計算機有動態主機配置協議和TCP/IP協議、並且設有分布式數控模塊的PC機，通過雙絞線電纜與企業車間內部區域網連接，串口擴展器連接在主控計算機上，主控計算機主板設具有I/O接口的串口擴展卡，或者採用終端伺服器，終端伺服器通過雙絞線電纜與企業車間內部區域網連接，數控工具機控制器通過RS-232C串口通訊線與串口擴展器或者終端伺服器連接。
2.根據權利要求1所述的車間區域網內分布式數控工具機的實時監控系統，其特徵是，所述的終端伺服器，由主控計算機動態主機配置協議分配獨立唯一的IP通信地址，終端伺服器的埠通過RS-232C串口通訊線與數控工具機控制器連接，終端伺服器另一端通過雙絞線電纜與企業內部車間區域網聯繫，生產所需的各資料庫通過車間區域網與主控計算機連接。
3.根據權利要求1或2所述的車間區域網內分布式數控工具機的實時監控系統，其特徵是，當終端伺服器改用串口擴展器時，串口擴展卡與主控計算機擴展槽相連，串口擴展卡上的COM串口通過RS-232C串口通訊線與數控工具機控制器連接，主控計算機與生產所需的各資料庫通過雙絞線電纜與車間區域網連接。
4.根據權利要求1所述的車間區域網內分布式數控工具機的實時監控系統，其特徵是，主控計算機是PC機或者手提電腦裝上分布式數控模塊形成的，該模塊有多線程串口通信控制功能，通過分布式數控模塊設置和改變終端伺服器或者串口擴展器的埠數據通信參數這些物理層通訊協議，結合封裝的鏈路層協議和DNC應用層協議來控制對應的工具機。
5.根據權利要求1所述的車間區域網內分布式數控工具機的實時監控系統，其特徵是，連接的數控工具機的數量由終端伺服器或者串口擴展器的數量以及終端伺服器或串口擴展器上的COM串口數量共同決定。
全文摘要
一種車間區域網內分布式數控工具機的實時監控系統，屬於機械工程中的控制技術領域。本發明包括串口擴展器或者終端伺服器，數控工具機控制器，主控計算機，RS－232C串口通訊線，雙絞線電纜，分布式數控模塊，主控計算機為設有分布式數控模塊的PC機，通過雙絞線電纜與企業車間內部區域網連接，串口擴展器連接在主控計算機，主控計算機主板具有I/O接口的串口擴展卡，或者採用終端伺服器，終端伺服器通過雙絞線電纜與企業車間內部區域網連接，數控工具機控制器通過RS－232C串口通訊線與串口擴展器或者終端伺服器連接。本發明提高了對車間數控工具機運行狀態的實時監控，可實現生產任務的遠程實時控制進行，刀具狀態實時檢測和監測，簡單可靠，實現成本低，節省成本。
文檔編號H04L12/28GK1545263SQ20031010873
公開日2004年11月10日 申請日期2003年11月20日 優先權日2003年11月20日
發明者周炳海, 王世進, 劉金平, 餘傳猛, 杜世昌, 奚立峰 申請人:上海交通大學