CN101587497A - 数控系统的嵌入式服务功能数据采集器 - Google Patents

Abstract

本发明属机床技术领域，具体涉及一种数控系统的嵌入式服务功能数据采集器。在对Simens802D数控系统数据接口特点分析的基础上，采用PP72/48接口引出开关量信号的方法采集机床的运行动作和状态信号。通过串口电平转换器，使开关量信号符合单片机串口通讯要求。选择ATMEL公司的AT89S52单片机制作最小系统版，完成信号采集，数据输出通过单片机串口和PC串口实现。本发明开发了嵌入式服务系统，负责将采集到的数据封装成各类设备服务并以WEB的方式发送到网络，用户通过访问这些服务对设备进行状态检测和评估。本发明的应用使经济型数控系统也具有了远程诊断的功能，提高了对设备系统的维护效率。

Description

数控系统的嵌入式服务功能数据采集器

技术领域

本发明属机床技术领域，具体涉及一种数控系统的嵌入式服务功能数据采集器。

背景技术

Simens802D数控系统属于西门子数控系统中的精简版，是相对封闭的系统，系统不能上网，不能象Simens840D数控系统那样提供ePS网络服务，所以要实现远程状态检测和故障诊断较为困难。

Simens802D系统与外界的接口有三个：一是PP72/48接口；二是PCU上的RS232接口；三是611UE驱动上的RS232接口。其中后两种接口用于对机床的调试或下载NC程序。在机床运行可以供数据采集使用的接口是PP72/48，PP72/48可完成NCK、PLC和机床之间开关量数据交换。通过PP72/48交换的开关量有刀库、冷却、MCP输入等，因此可以通过此接口采集到机床的运行动作信号和状态信号。

目前，对Simens802D数控系统及其他经济型数控系统的故障分析和处理还是以技术人员现场诊断为主，还不能通过远程访问系统运行数据进行故障分析，进而无法利用领域专家知识进行远程故障诊断和维护。结果：由于维修技术不全面，造成维修效率低下，由于不能及时获取系统数据，导致维修周期长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数控系统的嵌入式服务功能数据采集器，使其能够方便地接入到符合规范的数控系统，通过嵌入式服务系统实现数控系统实时数据采集和远程发布。

本发明提出的数控系统的嵌入式服务功能数据采集器，由输入输出接口PP72/481、电平转换器2、单片机3、PC机5以及嵌入式在线服务系统4组成，其中：输入输出接口PP72/481通过电缆连接电平转换器2，电平转换器2通过IO端口连接单片机3，单片机3通过RS232串口连接PC机5，PC机5连接嵌入式在线服务系统4；

所述输入输出接口PP72/481为802数控系统上的输入输出接口；

所述电平转换器2将输入输出接口PP72/481的0-24VDC输出信号转换为0-5VDC为单片机3识别的信号；

所述单片机3具有信号采集、数据串口传输功能；

所述PC机5读取RS232串口10数据，负责和单片机3通信，实时接受数据并保存到数据库，以供WEB服务器调用；

所述嵌入式在线服务系统4完成数据的网络发布，嵌入式在线服务系统4对数据进行封装，使之形成各种设备服务，用户通过访问这些服务对设备进行状态检测和评估。

本发明中，所述电平转换器2包括10K电阻6、470欧电阻7以及240VDC继电器8三个主要元件，输入输出接口PP72/48 1通过电缆连接电平转换器2中470欧电阻7和240VDC继电器8，10K电阻6一端外接5V电源，另一端连接单片机3；电平转换器2将来自输入输出接口PP72/48 1的0-24VDC信号转换为0-5VDC信号。

本发明中，所述单片机3位于应与外界屏蔽，可以放在金属盒中；信号心路宜采用屏蔽线或者双绞线；同时PC机从单片机读取数据时，采用问答检测保证数据传输正确。

本发明中，所述嵌入式在线服务系统4，具体如下：

(a)基于WEB服务器的客户端从数据库读取数据，并将数据分类封装成各类设备服务，并以友好的人机界面显示服务信息。如：数控系统基本信息、当前运行状态数据、报警数据等。

(b)查询服务器通过IP和端口号查询局域网内WEB服务器客户端，可以实现对多台数控系统设备进行集中管理，并对外提供统一的URL供Internet用户访问。

本发明中，Simens802D数据交换系统简图如图1所示。802D系统组成包括数控核心NCK，人机接口HMI、机床控制面板MCP、输入输出接口PP72/48、伺服驱动611UE、电源模块等。系统内交换的信号包括两类：一类是开关量信号，一类是模拟量信号。其中用于控制机床主轴电机和伺服电机的电流和速度信号是模拟量信号，这些信号通过Profibus在NCK和611UE驱动之间交换。而机床的开关量信号主要是通过NCK内的软PLC实现的，这些开关量信号包括上电、急停、刀具动作及冷却动作所产生的信号等。NCK通过内嵌的PLC控制机床动作和接受来自机床动作的反馈信号。由于802D的PLC内嵌在NCK中，它的输入输出端口是通过PP72/48来实现的。

本发明中，数据采集器结构如图2所示。PP72/48提供了NCK，PLC和机床之间开关量数据交换的接口，因此可以从PP72/48引出这些开关量信号，这些信号都是0V或者24V的电平(0V是低电平，24V表示高电平)。PC接受外来数据一般通过USB和串口，通常在现场采集数据时，一般通过串口将数据采集到PC机上。PP72/48的开关量信号是不能直接接到串口上的，必须对这些信号做电平转换。然后通过一个处理器采集这些数据，最后通过RS232接口将数据传送到PC机上。

本发明中，由于单片机的端口有限，在不扩展端口的情况下，如AT89S52单片机最多可用32个IO口。在这里只从PP72/48端口上引出8个输出端口，8个端口分别接在已经接线的输出端口上。根据手册描述，PP72/48采用24V直流电源供电，最大供电电流10A。为了不影响802D系统运行，8路信号线引出后做继电器隔离，继电器的结构如图3所示。继电器效果如同开关，当输入24V时，输出为5V，当输入为0V时，输出为0V。

本发明中，单片机选择ATMEL公司的AT89S52芯片制作最小系统版，系统版包括Max232芯片和串口接口。为了采用9600bit的波特率，系统版的晶振采用11.0592MHz。单片机P0口为数据采集口，设计为下拉电阻输入。数据输出通过单片机串口和PC串口实现。信号采集电路如图4所示。

本发明中，生产车间存在大量强电电磁辐射，会对暴露在电磁辐射中的弱点设备造成干扰。甚至引起单片机死机或者线路信号出现失真。不仅如此，单片机上的弱点线路也存在线路电容。为了保证设备稳定工作，单片机最小系统板设计的时候应大面积接地，同时单片机应做与外界屏蔽，可以放在金属盒中。另外，信号心路宜采用屏蔽线或者双绞线。同时PC机从单片机读取数据时，采用问答检测保证数据传输正确。

本发明中，单片机程序设计包含两个部分：信号采集、数据串口传输。单片机的主要功能是不停地采集来自PP72/48的数据和通过串口发送采样数据到PC机。程序设计还实现在单片机P1口LED灯显示采样的数据，主要的目的是便于直接观察采样数据和验证PC端接收到的数据的正确性。

PC机端软件设计采用VB实现，程序的主要功能是负责和单片机通信，将采集的实时数据保存到数据库，保存的内容包括：采样时间，采样数据。这些数据可以被WEB程序调用，以便通过网络实时观察机床一些运行状态。

本发明中，嵌入式服务系统提供了一种设备服务远程解决方案，其重点在于开发支持不同IT系统的工业服务，按行业特点抽象出面向行业设备的服务内容和接口规范，形成和具体硬件无关的中间件，完成设备数据的网络发布以及设备状态的监控等。设备的数控系统只要满足这个结构规范，就可方便将其接入网络中。本系统体系结构如图5所示。该系统包括两个部分：

(1)基于WEB服务器的客户端应用程序，该客户端实现对数据库中数据的调用，并将数据封装成不同服务，然后以友好的人机界面显示数据；

(2)开发嵌入式服务查询服务器(Lookupsever)。查询服务器通过对局域网内设备客户端IP和端口的配置，能够周期性查询设备的在线状态，并调用客户端供Internet用户远程查看设备数据；同时，查询服务器可以对企业设备进行集中管理，是设备管理信息化的有效途径。

本发明是针对Simens802D数控系统数据采集而进行的，但其基本原理同样适用于其他精简版数控系统，其优点是可以把数据采集模块便捷地嵌入到符合接口规范的数控系统中。本发明中开发的嵌入式服务系统通过对数据进行分类封装(根据设备特点)，形成了各种设备服务信息，方便用户对系统运行状况的分析判断，此外，Internet用户可以通过查询服务器统一的URL访问数控系统实时数据，从而实现了对经济型数控系统的远程状态检测和维护。

附图说明

图1为Simens802D数据交换系统简图。

图2为802D数字信号采集器结构示意图。

图3为继电器隔离图。

图4为信号采集电路图，其中：(a)At89S52最小系统电路图；(b)Max232串口电路。

图5为嵌入式服务系统结构图。

图中标号：1为PP72/48，2为电平转换器，3为单片机，4为嵌入式在线服务系统，5为PC机，6为10K电阻，7为470欧电阻，8为24VDC继电器，9为单片机最小系统板，10为RS232串口。

具体实施方式

下面结合本发明的内容和附图所述实施例对本发明作进一步说明。

实施例1，如图2所示，数据采集器由输入输出接口PP72/48 1、电平转换器2、单片机3、PC机5以及嵌入式在线服务系统4组成。输入输出接口PP72/48 1通过电缆连接电平转换器2；电平转换器2通过IO端口连接单片机3，单片机3通过RS232串口连接PC机5；PC机5连接嵌入式在线服务系统4。所得数据采集器的数据采集对象是VMC0850B立式加工中心，本加工中心数控系统是Simens802D系统。按照前述的数据采集实现步骤进行：

步骤一，将8个数据采集端口并联接到PP72/48端口上(输入输出接口PP72/48安装在加工中心的电控柜中)；

步骤二，对开关量进行电平转换，使之符合串口通讯要求。PP72/48采用24V直流电源供电，最大供电电流10A。为了不影响802D系统运行，8路信号线引出后做继电器隔离。继电器效果如同开关，当输入24V时，输出为5V，当输入为0V时，输出为0V；

步骤三，信号采集。单片机选择ATMEL公司的AT89S52芯片制作最小系统版，系统版包括Max232芯片和串口接口。在这里为了采用9600bit的波特率，系统版的晶振采用11.0592MHz。单片机P0口为数据采集口，设计为下拉电阻输入。通过单片机串口和PC串口实现数据输出；

步骤四，进行抗干扰设计。为避免生产车间强电电磁辐射对弱电设备的干扰，甚至引起单片机死机或者线路信号出现失真，单凭机最小系统板设计的时候大面积接地，把单片机放在金属盒中。另外，信号心路宜采用屏蔽线，同时PC从单凭机读取数据时，采用问答检测保证数据传输正确；

步骤五，PC机端软件设计采用VB实现，程序的主要功能是负责和单片机通信，实时记录记录下接受到的数据，并将其显示出来，同时将数据保存到数据，保存的内容包括：采样时间、采样数据，这些数据可以被WEB程序调用；

步骤六，基于WEB服务器的客户端从数据库读取数据，实现网络发布；查询服务器通过IP和端口号查询局域网内WEB服务器，可以实现对多台数控系统的集中管理，并对外提供统一的URL供Internet用户访问，以便用户或服务商通过网络实时观察机床运行状态，从而实现对VMC0850B立式加工中心进行远程状态检测和故障诊断。

Claims (4)

1、一种数控系统的嵌入式服务功能数据采集器，由输入输出接口PP72/48(1)、电平转换器(2)、单片机(3)、PC机(5)以及嵌入式在线服务系统(4)组成，其特征在于输入输出接口PP72/48(1)通过电缆连接电平转换器(2)，电平转换器(2)通过IO端口连接单片机(3)，单片机(3)通过RS232串口(10)连接PC机(5)，PC机(5)连接嵌入式在线服务系统(4)；

所述输入输出接口PP72/48(1)为Simens802D数控系统上的输入输出接口；

所述电平转换器(2)将输入输出接口PP72/48(1)的0-24VDC输出信号转换为0-5VDC为单片机(3)识别的信号；

所述单片机(3)具有信号采集、数据串口传输功能；

所述PC机(5)读取RS232串口(10)数据，负责和单片机(3)通信，实时接受数据并保存到数据库，供WEB服务器调用；

所述嵌入式在线服务系统(4)完成数据的网络发布，嵌入式在线服务系统4对数据进行封装，使之形成各种设备服务，用户通过访问这些服务对设备进行状态检测和评估。

2、根据权利要求1所述的数控系统的嵌入式服务功能数据采集器，其特征在于所述电平转换器(2)包括10K电阻(6)、470欧电阻(7)和240VDC继电器(8)，输入输出接口PP72/48(1)依次通过电缆连接电平转换器(2)中470欧电阻(7)和240VDC继电器(8)，10K电阻(6)一端外接5V电源，另一端连接单片机(3)。

3、根据权利要求1所述的数控系统的嵌入式服务功能数据采集器，其特征在于所述单片机(3)位于金属盒中，信号心路采用屏蔽线或者双绞线；同时PC机(5)从单片机(3)读取数据时，采用问答检测保证数据传输正确。

4、根据权利要求1所述的数控系统的嵌入式服务功能数据采集器，其特征在于所述嵌入式在线服务系统(4)，具体如下：

(a)基于WEB服务器的客户端从数据库读取数据，并将数据分类封装成各类设备服务，并以人机界面显示服务信息；

(b)查询服务器通过IP和端口号查询局域网内WEB服务器客户端，实现对多台数控系统设备进行集中管理，并对外提供统一的URL供Internet用户访问。

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