CN102043394A

CN102043394A - 一种dnc信息采集方法

Info

Publication number: CN102043394A
Application number: CN2009101968752A
Authority: CN
Inventors: 卢健华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2011-05-04

Abstract

本发明涉及一种DNC信息采集方法，采用局域网式的网络拓扑结构，由DNC采集主机、串口服务器、CNC、网络组成。DNC采集主机是系统的核心部分，运行着DNC信息采集软件，控制整个系统的数据采集和信息管理；采集系统由系统管理模块、通讯模块、采集模块、数据处理模块、查询模块、用户管理模块组成，各个软件模块之间相互作用，同时又相互独立。本发明的优点：采用多线程的后台服务模式，使得一台DNC主机可以同时对多个设备进行服务，有效减少系统实施费用，并提高可维护性；节约了车间的场地空间，并极大地减少前者所带来的管理方面的问题；改善了计算机的使用环境，提高了系统运行的稳定性与安全性。

Description

一种DNC信息采集方法

【技术领域】

本发明涉及计算机领域，特别是一种DNC信息采集方法，具有方法简单、可靠，而且还能实现数控程序的下载，上传、在线加工、远程调用、状态信息采集等功能。

【背景技术】

制造过程涉及大量的制造设备、多变的工艺因素，因而它包含了复杂的环境和状态信息。要实现制造过程的柔性自动化，除了与系统控制、管理等技术相关外，制造过程的状态采集也显得至关重要。只有采用有效的信息采集技术，充分、实时、准确地获得制造过程中的各种状态信息，并以此为基础实现对制造过程的有效控制和管理，才能提高整个系统的柔性、强健性和故障处理能力。

DNC(计算机直接数控或分布式数控)数据采集作为DNC系统的重要功能，它的主要目的是对机械制造过程中，产生的各种信息进行提取、传输、处理、分析和应用。传统的DNC技术仅具有NC程序的双向传输功能，已不能满足生产实际的需要。

目前DNC采集系统的功能一般包括：NC程序及数据的传递；机床状态的采集与上报；根据生产计划，自动分配NC程序及数据到相应的机床；刀具数据的分配与传递；刀具、夹具准备计划、实现系统内刀具、夹具的实时控制；按照工艺计划及生产计划，实现由多种数控机床组成的DNC系统的物流实时控制，实现工艺的输送、存储，同步加工和装配等活动的集成化生产管理。

DNC数据采集系统作为制造执行系统(Manufacturing Executing System，MES)的下层，是生产原始数据的主要来源之一，是MES获得底层信息的主要源，在MES中占有重要的地位，是MES的核心内容。MES根据底层DNC系统采的与生产有关的实时数据，及时准确的了解企业的设备运行、生产加工等生产程情况。便于对短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程进行优等。同时，计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、并行工程等新术也都在数控机床基础上发展起来。DNC数据采集也为这些新技术提供了必要底层支持，比如：缩短产品生产周期、使车间适应产品种类变化、提高产品质量实现准时生产、合理利用资源、减少在制品和库存、敏捷的满足市场需求等方面DNC数据采集都做出了贡献，提高车间的综合生产能力。因此，在我国DNC数采集必然成为21世纪制造业发展的主要潮流之一。

现有DNC软件的功能太弱，往往只具有简单的程序发送和接收功能，缺乏对机床的参数、设备状态、刀具信息、加工信息的采集，不能适应车间制造自动化和信息化的要求。DNC数据采集系统应能够采集当前机床的工作状态，如是否加工、开始加工时间、停止加工时间、加工零件数以及加工零件信息等，另外，还应具有机床故障自动报警功能。目前，DNC数据采集面临的问题主要有以下几个方面：

1、不能形成统一的采集方案

现有数控系统由于生产年代和生产厂家不一，存在多种档次和型号，其数控系统的开发性不一致，通信接口和协议也存在差异。有的厂商的数控设备比较开放，容易实现数据采集，有的厂商的数控设备比较封闭，很难实现数据采集。同时，通信接口的不同也严重影响采集方案的选择。因此，对不同的数控系统要设计不同的采集方案，很难用统一的方法实现不同类型和型号的数控系统数据采集。

2、数据采集软件复用性差

传统的数据采集软件往往针对某一种或几种数控机床的某些采集对象而设计开发的。一旦采集对象有变动，需要修改源程序，导致其开发工作量大、周期长、软件本身通用性差、灵活性差、复用性低。

3、采集实时性不一致

不同的采集方案自然影响了采集数据的实时性，有的采集方法采集的数据实时性比较高，有的采集的数据实时性却比较差。用户应该根据自己对数据的实时性的要求来选择采集方案。但是往往数控系统的开放性和通信接口就已经制约了方案的选择。因此会造成不同类型和型号的数控系统的数据采集实时性不一致。

4、采集数据的分类和分析处理烦琐

DNC采集系统中存在的数据不仅有NC程序、刀具信息、机床状态信息、报警信息，还有一些设备管理信息。这些信息类型众多，数据格式不一致，数据量大需要将它们分类处理，并向客户提供有用的信息，同时也能做到向上层管理系统提供原始生产数据。因此对这些数据的分类和分析处理比较烦琐。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有DNC信息采集技术的不足，提供了一种新的DNC数据采集技术，即一种DNC信息采集方法。该技术利用数控机床自带的串口进行数据采集，不需要采集卡和外接机床电路，不仅造价低，采集方法简单、可靠，而且还能实现数控程序的下载，上传、在线加工、远程调用、状态信息采集等功能。

本发明的一种DNC信息采集方法总体上采用局域网式的网络拓扑结构，其网络拓扑如图1所示。由DNC采集主机、串口服务器、CNC、网络组成。DNC采集主机是系统的核心部分，运行着DNC信息采集软件，控制整个系统的数据采集和信息管理。由于目前国内大部分数控机床只具有RS232接口，并且RS232接口是绝大多数机床所使用的通讯接口。因此，本发明的DNC信息采集系统也是基于RS232串口的，其协议为TCP/IP。

本发明的一种DNC信息采集方法的系统拓扑结构中，车间局域网采用以太网进行组建。串口服务器上的串口可以被映射成为Windows操作系统下的标准串口或Linux下的real TTY串口，WindowsNT/2000及以上操作系统中，一台计算机共可映射256个串口服务器，能满足一般企业需要。用户可以对串口服务器进行各种数据收发和控制，其驱动程序与Windows标准串口驱动程序完全兼容。因此，使用串口服务器无须改变现有应用程序和串口设备本身。企业的数控设备通过串口服务器连接到车间局域网上，各个信息子系统也通过网络实现相互的连接。

串口服务器具有特点：自适应10/100Mbps以太网；支持RS232C/422/485串口；体积紧凑，易于集成；网络中断后，自动恢复连接；支持基于MAC地址的IP地址配置。

基于串口的DNC信息采集系统由系统管理模块、通讯模块、采集模块、数据处理模块、查询模块、用户管理模块组成。各个软件模块之间相互作用，同时又相互独立。其软件功能模型如图2所示。

系统管理：系统管理模块主要完成对系统的配置和设定，当车间增加一台数控设备时，需要向系统中增加该设备，并登记该设备的一些信息(设备类型、设备编号等)。当车间减少一台数控设备时，系统也应该删除该设备的信息。在编写宏程序和特殊汇报程序时，不同类型的数控系统，其指令不同，所以需要先选择设备类型，然后才能针对这种类型的设备编写采集程序。

通讯模块：通讯模块负责计算机和数控设备的通讯，是系统的核心。它由通讯参数设置和通讯功能两部分组成。通讯参数包括：串口号、波特率、数据位、校验位、停止位等。通讯功能包括：本地程序发送，库文件发送和远程调用等功能。本地程序发送是指向数控设备发送本地文件夹里的数控文件；库文件发送是指向数控设备发送数据库里的数控文件；远程调用是指数控设备远程的调用数据库里的文件。

采集模块：采集模块负责采集程序的编制和设备状态的采集。它包括前面已经讲过的采集方法和采集程序编制。需要注意的是不同的数控系统，采集程序的编制也不同。本发明适用于FANUC、HAAS和SIEMENS系列的数控系统。

数据处理模块：数据处理模块主要是对采集的原始数据进行分类、处理、保存等操作。采集的数据有很多，需要对它们进行分类保存，以便数据的处理。机床的相关负荷和利用率，通常对于设备管理人员来说是很关心的问题。而对采集的各种时间信息，可以计算机床的相关负荷和利用率，如：设备负荷率、设备有功(加工)负荷率、设备运转负荷率、程序加工效率等等。

查询模块：查询模块主要用于用户查询采集数据。用户可以根据需要查询每台机床当前的状态、在加工零件的信息、机床的利用率、加工某个零件的时间等等。同时也可以查询刀具信息、主机上的NC程序等。

用户管理：基于串口的DNC信息采集系统实现了一个简单的用户管理。系统将全部的用户分为两类，普通用户和管理员用户。管理员用户具有一切权限，可执行一切操作，而普通用户则根据权限的不同执行相应的操作。用户登陆系统必须输入用户名和密码，进入系统后可以更改用户信息和注销用户。该系统还有日志管理功能，对用户所做的操作都进行了记录。

本发明一种DNC信息采集方法的积极效果是：

1、采用NC双向传输，提高了系统的运行自动化程度，改善了系统的可操作性，并有效减少人力、物力资源的浪费；

2、机床状态的实时采集，有利于车间管理人员分析了解各台设备的准确运行情况，以便进行管理、调度、调整，使得生产计划能正确准时的执行，并有效地提高数控机床的管理水平和生产率；

3、采集的机床信息为MES、MRP、ERP等高层管理系统提供了与生产相关的实时数据，便于高层管理系统及时准确的了解企业的设备运行、生产加工等生产过程情况，对短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程进行优化等；

4、采用多线程的后台服务模式，使得一台DNC主机可以同时对多个设备进行服务，有效减少系统实施费用，并提高可维护性；

5、相对于为每台机床配置一台计算机的方式，这种方式大大节约了车间的场地空间，并极大地减少前者所带来的管理方面的问题；

6、使用串口服务器，可以有效的代替传统方式下的联网计算机，从而使得将计算机进行集中管理与控制，改善了计算机的使用环境，提高了系统运行的稳定性与安全性，可以保证应用于复杂环境下的DNC系统的长期稳定运行；

7、使用分布的基于网络的制造信息系统，提高了系统的运行稳定性，并且为企业将来实现真正的全球化生产、管理与控制提供保证；这些实际测试结果，表明了新系统有效提高了传统DNC系统的自动化程度，并改善了系统的可操作性以及使用的方便性，对于满足企业生产车间应用的实际需要具有重要意义。

【附图说明】

图1基于串口的DNS信息采集系统的结构图；

图2基于串口的DNS数据采集系统软件功能模型图；

图3管理模块、通讯模块数据库物理模型图；

图4采集模块数据库物理模型图；

图5采集流程图；

图6登陆界面；

图7增加和删除机床界面；

图8程序编辑界面；

图9串口配置界面；

图10远程调用界面；

图11机床状态查询界面；

图12机床利用率查询界面；

图13邮箱设置界面；

【具体实施方式】

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

一种基于串口的DNC数据采集系统由系统管理模块、通讯模块、采集模块、数据处理模块、查询模块、用户管理模块组成。其具体功能如下：

NC程序的双向传输：数控设备将NC程序传向主机；主机将NC程序传向数控设备。

在线加工：数控设备一边接收NC程序，一边加工。

远程调用：数控设备远程调用主机上NC程序；远程保存NC程序到主机上。

机床状态采集：NC程序名、加工零件个数、加工开始时间、结束时间、主轴转速、进给速率等等。

数据管理和查询：NC程序管理；数控设备管理；对设备状态记录的存取；数控设备状态的显示、记录及统计。

程序编辑模块：提供统一的用户界面，用于NC程序和采集程序的编辑和保存。

文件比较：比较两个NC文件，找出它们之间不同的地方，并区别显示。

数据库系统是本发明的重要组成部分。本发明后台数据库采用微软公司的SQL Server2000。数据库存放在DNC采集主机上，数据库与DNC采集主机之间采用客户机/服务器的体系结构。前台软件开发工具也采用微软公司的Visual C++6.0。该工具有强大的数据库连接和访问功能，通过开放数据库互连(Open Database Connectivity，ODBC)方法建立系统与SOL Server2000的连接，进而使得系统控制软件能够访问后台数据库中的数据。

数据库中表的建立，主要是从实际需要和模块考虑出发。系统中对机床的设置、员工的管理、程序的管理、NC程序的管理、采集程序和数据的管理等都保存到相应的表中。并且在前台提供了对这些数据的修改、增加、删除操作。系统管理模块、通讯模块的数据库物理模型如图3所示。采集模块的数据库物理模型如图4所示。

本发明采用了Ramon de Klein写的类库。该类库包括了四个基本的串口通信类，封装了很多串口通信函数。其四个基本串口通信类包括：(1)CSerial类；(2)CSerialEx类；(3)CSerialWnd类；(4)CSerialMFC类。

该类库已经封装了很多串口通信函数。要在程序中使用字符事件驱动方式，只需在远程调用窗口类头文件中添加afx_msg LRESULTOnSerialMsg(WPARAM，LPARAM)，在远程调用窗口类的实现文件中添加消息映射ON_WM_SERIAL(OnSerialMsg)并编写它的函数LRESULTCRemoteDlg::OnSerialMsg(WPARAM wParam，LPARAM lParam)。其中CRemoteDlg即为远程调用窗口类，WPARAM传递的是字符信息，而LPARAM传递的是串口号信息。该函数一直监视串口，当串口有数据输入时，调用相应代码接收数据并做处理。

对FANUC和HAAS采集的流程图如图5所示。其中监视线程的线程函数从串口打开后一直存在，等待来自数控机床的数据。数控机床执行采集程序加工零件，机床状态数据自动地从串口实时的输出，计算机接收到数据后，要先判断是一般的NC程序，还是采集数据，并对它们分别做不同的处理。是NC程序就转到NC程序处理模块，是采集数据就转到采集数据处理模块。

对SIEMENS系统采集的流程图也如图5所示。但在采集的方法上和FANUC、HAAS有所不同。SIEMENS在执行采集程序时，由于不能自动地实时输出机床状态数据。在加工过程中，先将机床状态数据保存到机床的R变量中；然后在加工结束后，通过操作机床面板将R变量中的数据输出到串口，计算机再接收数据，然后再对数据进行处理。

本发明采用简单邮件传输协议SMTP来实现信息发布。自己写了一个动态连接库(.dll)文件，封装了SMTP的各个通信命令。每次发送邮件时，先由发件方调用函数Connect(Server)，和邮件服务器建立连接，等待邮件服务器的返回值，发送方再检查该返回值以判断通信是否成功，若成功再调用Ehlo(userName)……直到调用函数Quit()，邮件发送完毕。

测试条件：FANUC系统的数控车床和SIEMENS系统的数控铣床各20台，采用100M交换式以太网，每台数控机床连接一个串口服务器。串口服务器安装在机床控制柜内，并通过网线与以太网交换机相连。以太网交换机与DNC采集主机也通过网线相连，组成车间局域网。FANUC系统，只要在机床端执行NC采集程序，要采集的状态项的数据实时自动地发到DNC采集主机上；SIEMENS系统，在机床端执行完数据采集程序后，操作机床，将R参数数据发到DNC采集主机上。多台机床可以同时进行操作而不会相互影响。测试过程如下：

1、登陆

进入系统前，必须先登陆，登陆界面如图6所示。其中用户名和密码是系统管理员设定的。系统管理员可以增加用户和删除用户，也可以设置和更改用户权限。用户可以登陆系统后修改密码和用户信息，用户对系统的操作只能在给定的权限里进行。

2、增加和删除机床

当生产车间增加或则减少机床时，可以通过如图7界面进行相应的操作，增加或删除相应的机床信息。从而保证软件系统和生产车间实际情况的数据保持一致。

3、编辑NC程序或NC采集程序

系统提供了统一的程序编辑界面，如图8所示。在此界面上，用户可以编辑NC程序和NC采集程序。NC采集程序的编辑，有手动编辑和自动编辑。手动编辑就是用户在NC程序的某一行加入采集指令。如采集NC程序号，则只要在NC程序的程序号后一行加入采集指令就可以了。自动编辑就是用户选择要采集的数据项，系统自动将采集指令加入到NC程序中，得到NC采集程序。如用户选择采集NC程序号、主轴转速、进给速度，系统将自动找出NC程序中含有NC程序号、主轴转速、进给速率的地方，并在其下一行处加上采集指令。也可以将编写好的采集程序保存到数据库，或存为本地磁盘文件。

注意：由于不同的数控系统的采集程序，采用的宏指令和采集方法不同，因此在编写采集程序时，要先选择针对那种数控系统进行编写。

4、打开串口

在打开串口前，需要检查系统串口的配置是否正确。串口配置主要是设置串口通信的一些属性，比如波特率、奇偶校验、数据位、停止位、流控协议。同时也设置一些NC程序的程序头和程序尾格式。如果系统串口配置和机床串口配置不一致，通信时会造成乱码或通信失败等问题。串口配置界面如图9所示。

串口配置正确后，就可以通过远程调用界面打开串口，如图10所示。串口被打开后，该串口就一直处于监听状态。当机床发送NC程序或采集数据时，对应的串口就会监听到该数据，并将该数据做相应的处理和保存。

5、采集数据查询

采集到的机床状态、加工信息、报警信息等都保存到数据库里。系统并提供了界面供查询这些信息，如图11所示。该机床查询状态界面最左边的树控件中可以选择查询哪个车床，右边的列表控件提供了机床状态各个项的数据显示。系统除了提供机床状态的界面外，还提供了采集加工时间、采集机床坐标查询界面。

6、机床利用率查询

系统除了计算出每个机床的运行时间外，还计算了机床的日利用率，同时提供了报表打印输出。如图12所示。

7、报警邮箱设置

当采集到机床报警时，可以自动将这些报警信息发送到相关管理人员，维修人员的邮箱里。通知他们来维修或做相应的处理。图13是设置邮箱的界面。机床的报警信息主要分为：程序报警、伺服报警、超程报警、过热报警及系统报警等类。用户可以根据需要，选择出现哪些类型报警时，才自动发送报警信息到指定的邮箱里。

系统的测试效果：

在系统的工程测试中，实际的测试结果表明系统有效实现了以下基本功能：

1、数控程序的上传与下传、远程调用、在线加工。

2、数控程序和采集程序的编辑、修改、保存等。

3、数控程序的比较。

4、机床状态的采集，包括：NC程序名、加工零件个数、加工开始时间、结束时间、主轴转速、进给速率等等。

5、可以传输的数据类型包括选件参数、机床数据、设定数据、刀具补偿、零点偏移、R参数、零件程序、子程序、NC数据、报警文本、螺距误差补偿数据、标准循环等。

通过以上基本功能的实现，有效地实现了DNC信息采集系统的功能。

最后所应说明的是：以上实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种DNC信息采集方法，其特征在于：采用局域网式的网络拓扑结构，由DNC采集主机、串口服务器、CNC、网络组成；DNC采集主机是系统的核心部分，运行着DNC信息采集软件，控制整个系统的数据采集和信息管理。

2.根据权利要求1所述的一种DNC信息采集方法，其特征在于：车间局域网采用以太网进行组建，串口服务器上的串口可以被映射成为Windows操作系统下的标准串口或Linux下的real TTY串口，WindowsNT/2000及以上操作系统中，一台计算机共可映射256个串口服务器，用户可以对串口服务器进行各种数据收发和控制，其驱动程序与Windows标准串口驱动程序完全兼容，企业的数控设备通过串口服务器连接到车间局域网上，各个信息子系统通过网络实现相互的连接。

3.根据权利要求1所述的一种DNC信息采集方法，其特征在于：采集系统由系统管理模块、通讯模块、采集模块、数据处理模块、查询模块、用户管理模块组成。各个软件模块之间相互作用，同时又相互独立。

4.根据权利要求3所述的一种DNC信息采集方法，其特征在于：系统管理模块主要完成对系统的配置和设定，当车间增加一台数控设备时，需要向系统中增加该设备，并登记该设备的一些信息；当车间减少一台数控设备时，系统也应该删除该设备的信息；在编写宏程序和特殊汇报程序时，不同类型的数控系统，其指令不同，先选择设备类型，然后才能针对这种类型的设备编写采集程序。

5.根据权利要求3所述的一种DNC信息采集方法，其特征在于：通讯模块负责计算机和数控设备的通讯，是系统的核心；由通讯参数设置和通讯功能两部分组成；通讯参数包括：串口号、波特率、数据位、校验位、停止位等；通讯功能包括：本地程序发送，库文件发送和远程调用等功能，本地程序发送是指向数控设备发送本地文件夹里的数控文件；库文件发送是指向数控设备发送数据库里的数控文件；远程调用是指数控设备远程的调用数据库里的文件。

6.根据权利要求3所述的一种DNC信息采集方法，其特征在于：采集模块负责采集程序的编制和设备状态的采集；包括前面已经讲过的采集方法和采集程序编制。

7.根据权利要求3所述的一种DNC信息采集方法，其特征在于：数据处理模块主要是对采集的原始数据进行分类、处理、保存等操作；采集的数据有很多，需要对它们进行分类保存，以便数据的处理。

8.根据权利要求3所述的一种DNC信息采集方法，其特征在于：查询模块主要用于用户查询采集数据；用户可以根据需要查询每台机床当前的状态、在加工零件的信息、机床的利用率、加工某个零件的时间。

9.根据权利要求3所述的一种DNC信息采集方法，其特征在于：用户管理：基于串口的DNC信息采集系统实现了一个简单的用户管理，系统将全部的用户分为两类，普通用户和管理员用户，管理员用户具有一切权限，可执行一切操作，而普通用户则根据权限的不同执行相应的操作；用户登陆系统必须输入用户名和密码，进入系统后可以更改用户信息和注销用户。