CN106814696A - 一种数控系统人机界面二次开发平台系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数控系统人机界面二次开发平台系统，包括:用户配置端和NC服务端；实现方法包括：用户配置端接收用户的图形化配置信息，通过应用绑定生成脚本文件发送至NC服务端；NC服务端将接收的脚本文件通过协议栈解析发送命令至数控机床，并从数控机床接收反馈信息进行显示。本发明支持图形化配置。应用本发明方法的二次开发界面配置终端，通过对图形组件的操作完成界面配置，自动生成配置模块，无需编写任何代码，降低了使用门槛；使得二次开发人机界面不仅具有监控数据的功能，还拥有对机床进行相关操作的能力。

Description

一种数控系统人机界面二次开发平台系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及数控技术领域以及计算机应用领域，具体的说是一种数控系统二次开发平台的实现方法。

背景技术

随着我国工业化进程的日益推进，大量高性能的机床被应用于生产实践，对数控系统的专业化及个性化需求越来越高，生产者更希望数控系统能够提供定制化的服务，这就加大了数控系统开发的难度。

现有数控系统的通用化人机界面已经不能满足用户需求。其一，不能满足用户对特定加工工艺的个性化需求；其二，如果用户在使用过程中提出新的需求，新功能的开发周期往往不能及时响应市场需求。

综上所述，数控系统人机界面面临如何解决用户自定义定制，支持二次开发等问题。

发明内容

针对现有技术中数控系统人机界面只能满足通用化状态显示、参数编辑以及用户操作等不足之处，本发明解决的技术问题是提供了一种数控系统人机界面二次开发平台的实现方法，该方法能够实现不同用户依据自身需求，快速、准确的配置并在数控系统中加载应用指定的人机界面，满足了用户对数控系统专业化、个性化的需求。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种数控系统人机界面二次开发平台系统，包括:

用户配置端：用于接收用户的图形化配置信息，通过应用绑定生成脚本文件发送至NC服务端；

NC服务端：用于将接收的脚本文件通过协议栈解析发送命令至数控机床，并从数控机床接收反馈信息进行显示。

所述用户配置端包括：

组件引导模块：根据用户的图形化配置信息生成数控系统的人机界面组件及其显示位置；

应用绑定模块：将用户所选人机界面组件与用户所选属性进行绑定；

脚本构建模块：根据绑定的机床版本信息、页面信息及组件控制信息生成脚本文件发送给NC服务端。

所述应用绑定模块：

从组件引导模块获取组件属性；绑定人机界面组件的形状、位置信息至该组件；判断当前人机界面组件是否为显示组件；

如果是，则绑定显示组件对应的数据索引信息至该组件，本次绑定结束；否则，判断当前人机界面组件是否为编辑组件；如果是，则绑定编辑组件对应的可编辑变量至该组件，本次绑定结束；若不是编辑组件；判断当前组件是否为事件组件；若是事件组件，绑定组件对应的事件至该组件；本次绑定结束；若不是事件组件，本次绑定过程结束。

所述NC服务端包括：

组件生成模块：加载脚本文件并生成人机界面及组件；

协议栈模块：将人机界面组件与组件操作事件进行绑定，并将机床反馈数据发送至组件生成模块用于显示；

机床控制模块：将绑定的机床控制信息发送至数控机床，并接收机床反馈数据。

所述协议栈模块：

从组件生成模块获取组件控制信息；

判断当前组件是否为显示组件；若是显示组件，周期性读取该组件绑定的机床反馈数据，本次绑定结束；若不是显示组件；判断当前组件是否是编辑组件；

若是编辑组件，则等待NC端用户编辑，本次绑定结束；若不是编辑组件，判断当前组件是否为控制组件；若是控制组件，则等待NC端用户操作，本次绑定结束；若不是控制组件，则本次绑定结束。

一种数控系统人机界面二次开发平台系统实现方法，包括以下步骤:

用户配置端接收用户的图形化配置信息，通过应用绑定生成脚本文件发送至NC服务端；

NC服务端将接收的脚本文件通过协议栈解析发送命令至数控机床，并从数控机床接收反馈信息进行显示。

所述用户配置端接收用户的图形化配置信息，通过应用绑定生成脚本文件发送至NC服务端包括以下步骤：

组件引导模块根据用户的图形化配置信息生成数控系统的人机界面组件及其显示位置；

应用绑定模块将用户所选人机界面组件与用户所选属性进行绑定；

脚本构建模块根据绑定的机床版本信息、页面信息及组件控制信息生成脚本文件发送给NC服务端。

所述应用绑定模块将用户所选人机界面组件与用户所选属性进行绑定包括以下步骤：

从组件引导模块获取组件属性；绑定人机界面组件的形状、位置信息至该组件；判断当前人机界面组件是否为显示组件；

如果是，则绑定显示组件对应的数据索引信息至该组件，本次绑定结束；否则，判断当前人机界面组件是否为编辑组件；如果是，则绑定编辑组件对应的可编辑变量至该组件，本次绑定结束；若不是编辑组件；判断当前组件是否为事件组件；若是事件组件，绑定组件对应的事件至该组件；本次绑定结束；若不是事件组件，本次绑定过程结束。

所述NC服务端将接收的脚本文件通过协议栈解析发送命令至数控机床，并从数控机床接收反馈信息包括以下步骤：

组件生成模块加载脚本文件并生成人机界面及组件；

协议栈模块将人机界面组件与组件操作事件进行绑定，并将机床反馈数据发送至组件生成模块用于显示；

机床控制模块：将绑定的机床控制信息发送至数控机床，并接收机床反馈数据。

所述协议栈模块将人机界面组件与组件操作事件进行绑定，并将机床反馈数据发送至组件生成模块包括以下步骤：

从组件生成模块获取组件控制信息；

判断当前组件是否为显示组件；若是显示组件，周期性读取该组件绑定的机床反馈数据，本次绑定结束；若不是显示组件；判断当前组件是否是编辑组件；

若是编辑组件，则等待用户编辑，本次绑定结束；若不是编辑组件，判断当前组件是否为控制组件；若是控制组件，则等待NC端用户操作，本次绑定结束；若不是控制组件，则本次绑定结束。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.支持图形化配置。应用本发明方法的二次开发界面配置终端，通过对图形组件的操作完成界面配置，自动生成配置模块，无需编写任何代码，降低了使用门槛。

2.支持组件扩展。本发明方法使用组件化设计结构，组件关联相关用户功能，新增用户功能，只需通过新增组件的方式实现用户功能的定制及扩展。

3.支持事件控制。采用本发明方法对数控机床人机界面不仅可以显示机床相关的数据信息，还可以通过事件驱动的方式完成用户定制的相应动作，使得二次开发人机界面不仅具有监控数据的功能，还拥有对机床进行相关操作的能力。

附图说明

图1为本发明方法的总体结构图；

图2为本发明方法的组件引导模块结构图；

图3为本发明方法的应用绑定过程流程图；

图4为本发明方法组件生成模块和协议栈模块协议绑定流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明基于Linux系统，在基于windows操作系统的PC机上对数控系统人机界面进行二次开发，一个用户配置端设于用户PC机上，另一NC服务端设置于数控系统的人机界面上。

本发明提供了一种数控系统人机界面二次开发平台的实现方法。本方法可以实现用户对数控系统人机界面的自定义配置，数控系统用户可以按照自己的需求定制属于自己的操作界面

一种数控系统人机界面二次开发平台的实现方法，包括以下步骤：

将二次开发平台划分为基于图形化设计的用户配置端和基于组件加载的NC服务端；

用户配置端包括组件引导模块、应用绑定模块以及脚本构建模块；

NC服务端包括组件机床控制模块、组件生成模块、协议栈模块；

所述组件引导模块、应用绑定模块以及脚本构建模块实现方法如下：

组件引导模块负责生成将数控系统(NC服务端)界面基本显示组件排列在组件选择区域，供用户配置选用；

应用绑定模块负责将用户所选组件与用户所选属性进行绑定；属性例如：显示组件要显示的变量的索引号、编辑组件要编辑的变量的类型以及控制组件按下时触发的事件类型等。

脚本构建模块负责将用户配置生成脚本文件，提供给NC服务端；

所述机床控制模块、组件生成模块以及协议栈模块实现方法如下：

机床控制模块负责控制机床伺服轴运行，采集运动控制数据以及当前加工运行状态；

组件生成模块负责加载用户配置端脚本文件，按用户配置生成人机界面的相关组件；

协议栈模块负责通过组件与数据接口协议完成组件与组件操作事件的绑定；协议栈模块包括多类接口，包括数据显示接口、组件编辑接口、组件控制接口；其中数据显示接口将显示组件与该组件要显示的变量的索引进行绑定，将得到的变量值输出至显示组件；其中组件编辑接口将编辑组件与数控系统的用户变量进行绑定，将用户通过编辑组件编辑的数据输出至指定的用户变量；其中组件控制接口将控制组件与控制组件所触发的事件进行绑定，用户操作该组件所触发的事件输出至机床控制单元。

其中，协议栈模块从机床控制单元接收数控机床反馈数据(例如：轴位置信息、设备状态信息以及报警信息)时，遍历协议栈模块的各个接口，查找对该数据提出获取请求的接口，将该数据发送给这个接口，并通过这个接口查找组件生成模块中，对该接口提出调用请求的组件，最终将该数据显示在该组件上，完成数据显示。

组件引导模块将数控系统人机界面基本组成单元的显示组件、编辑组件、事件触发组件共同存储于组件缓冲区，用户可以通过拖拽、拉伸、旋转等方式构建基于应用的人机界面。

脚本构建模块分为版本控制层、页面控制层、组件控制层三个层次。将应用绑定模块所绑定的信息，通过版本控制层生成机床软件版本信息，通过页面控制层生成人机界面的页面信息(例如：页面的数量、分辨率、背景颜色等)，通过组件控制层生成页面上每一个组件的控制信息(例如：组件的分辨率、组件显示文字、背景颜色)。

机床控制模块依据机床运动情况生成机床位置信息、机床状态信息、机床报警信息。

组件生成模块依据脚本构建模块所构建组件信息，以Qt图形库为平台，生成组件。

本发明的具体步骤如下：

将人机界面二次开发平台划分为用户配置端和NC服务端两部分；

将用户配置端划分为组件引导模块、应用绑定模块以及脚本构建模块三部分；

在组件引导模块创建组件缓冲区以及组件编辑接口层；

将脚本构建模块划分为版本控制层、页面控制层、组件控制层三层；

将NC服务端划分为组件生成模块、协议栈模块及机床控制模块三部分；

用户配置端通过组件引导模块，获取用户对组件的操作以及布局管理信息，通过应用绑定模块将用户选定组件与组件应用进行绑定，将绑定好的组件通过脚本构建模块构建成可编译脚本文件，传递给NC服务端解析。

NC服务端加载用户配置端生成的脚本文件，通过组件生成模块将用户配置组件显示在数控系统人机界面上，通过协议栈模块将数控系统的变量索引号、机床状态索引号、机床控制操作类型等信息写入组件对应的用于描述属性的缓冲区，最后通过机床控制模块接收协议栈模块的命令，依次向协议栈模块反馈机床数据、控制外部设备执行动作指令。

如图1所示，为实施本发明方法的总体结构图。用户配置端和NC服务端由以太网完成脚本模块的传递。本发明通过组件引导模块获取用户对组件的操作布局管理信息，通过应用绑定模块将用户选定组件与组件应用进行绑定，将绑定好的组件通过脚本构建模块构建成可编译脚本文件，传递给NC服务端解析。NC服务端加载用户配置端生成的脚本文件，通过组件生成模块将用户配置组件显示在数控系统人机界面上，通过协议栈模块将组件与数控系统的数据、状态、操作关联，最后通过机床控制模块响应组件对数据、状态变量的访问请求以及对机床外部设备的操作请求。

所述用户配置端组件引导模块的结构如图2所示。所述组件引导模块由组件编辑接口层和组件缓冲区组成，组件缓冲区包括显示组件、编辑组件及控制组件。组件编辑接口层对每个组件提供拖拽、拉伸、旋转操作接口。组件编辑接口层将用户的通过组件编辑接口所编辑的组件位置、大小、背景颜色等信息输出至应用绑定模块。

其中，显示组件：用户用来获取机床位置信息、状态信息、报警信息的组件；编辑组件：用户用来编辑数控系统用户变量的组件；控制组件：用户用来响应各种操作，并向数控机床发送命令的组件。

所述应用绑定模块负责将用户所选组件与用户所选属性进行绑定。

如图3所示，绑定模块对组件与组件应用进行绑定的过程如下：

从组件引导模块获取组件数据；

绑定组件的形状、位置信息；

判断当前组件是否为显示组件；

若当前组件是显示组件，则通过组件显示接口绑定显示组件的数据索引信息；数据索引信息包括数控机床位置信息、IO状态信息以及报警信息。

本次应用绑定过程结束；

若当前组件不是显示组件；

判断当前组件是否为编辑组件；

若当前组件是编辑组件，则通过变量编辑接口绑定编辑组件的编辑变量；可编辑变量包括系统变量以及IO变量。

本次应用绑定过程结束；

若当前组件不是编辑组件；

判断当前组件是否为事件组件；

若当前组件是事件组件，通过组件控制接口绑定组件的事件；事件包括输出IO信号、跳转页面、执行工件程序。

本次应用绑定过程结束；

若当前组件不是事件组件；

本次绑定过程结束；

所述脚本构建模块负责将用户配置生成脚本文件，提供给NC服务端。

所述组件生成模块负责加载图形化设计端脚本文件，按用户配置生成人机界面的相关组件。

所述协议栈模块负责通过组件与数据接口协议完成组件与组件操作事件的绑定。

如图4所示，本发明方法的组件生成模块和协议栈模块通过组件与组件控制接口完成组件与组件操作事件的绑定步骤为：

从组件生成模块生成的脚本文件获取版本信息；

判断配置版本是否与当前机床型号匹配；

若配置版与当前机床型号匹配，获取页面信息，构建页面；

获取控制信息；

判断当前组件是否为显示组件；

若当前组件是显示组件，连接显示数据接口，周期性从机床控制单元读取显示组件所绑定的显示数据(机床轴位置、状态信息和报警信息)，通过人机界面反馈给操作用户，使得操作用户可以方便、快捷的获取机床当前的运行情况；

开启数据刷新定时器，按照人机界面刷新周期(100毫秒)，周期性的调用数据读取接口，从机床控制单元读取数据信息；

本次协议绑定操作结束；

若当前组件不是显示组件；

判断当前组件是否是编辑组件；

若当前组件是编辑组件，连接组件编辑接口，将编辑组件与数控机床系统变量绑定，将对编辑组件内数据的编辑转换为对系统变量的编辑；

本次协议绑定操作结束；

若当前组件不是编辑组件；

判断当前组件是否为控制组件；

若当前组件是控制组件，连接组件控制接口，将控制组件与对数控机床的操作指令绑定，将对组件的操作转换为对数控机床发送操作指令；

本次协议绑定操作结束；

判断配置版本是否与当前机床型号不匹配；

本次协议绑定操作结束；

所述机床控制模块负责控制机床伺服轴运行，采集运动控制数据以及当前加工运行状态。

为测试本发明方法实施例配置如下：

数控系统：LT-GJ301数控系统，硬件平台为VIA C3 533ACPU，256M内存；

数控机床：型号为CAK6116

基于Windows Xp操作系统的PC机，硬件平台为Intel Core2 2.10GHzCPU,1GB内存。

所述数控系统部分，完成做为NC服务端，采用基于RTLinux实时操作系统的蓝天数控系统平台。该平台的机床控制单元由蓝天数控系统的任务控制器、运动控制器和可编程控制器组成，组件生成模块与协议栈模块分本基于本发明提供的统一接口开发完成。

所述用户配置端是基于QT图形开发库开发完成的功能模块，其组件引导模块、应用绑定模块以及脚本构建模块基于本发明提供的统一接口开发完成。

本方面方法实际使用操作具体为：

在PC机端应用用户配置终端，依据应用添加相应组件模块，配置各模块的应用信息，生成脚本文件desinger.xml。

将生成的脚本文件通过网络传输到机床数控系统端，启动系统，通过NC服务端加载该脚本文件，生成用户配置的人机界面，该界面可以监控机床状态，编辑相应变量，对机床外部单元进行控制。

Claims (10)

1.一种数控系统人机界面二次开发平台系统，其特征在于包括:

用户配置端：用于接收用户的图形化配置信息，通过应用绑定生成脚本文件发送至NC服务端；

NC服务端：用于将接收的脚本文件通过协议栈解析发送命令至数控机床，并从数控机床接收反馈信息进行显示。

2.根据权利要求1所述的一种数控系统人机界面二次开发平台系统，其特征在于所述用户配置端包括：

组件引导模块：根据用户的图形化配置信息生成数控系统的人机界面组件及其显示位置；

应用绑定模块：将用户所选人机界面组件与用户所选属性进行绑定；

脚本构建模块：根据绑定的机床版本信息、页面信息及组件控制信息生成脚本文件发送给NC服务端。

3.根据权利要求2所述的一种数控系统人机界面二次开发平台系统，其特征在于所述应用绑定模块：

从组件引导模块获取组件属性；绑定人机界面组件的形状、位置信息至该组件；判断当前人机界面组件是否为显示组件；

如果是，则绑定显示组件对应的数据索引信息至该组件，本次绑定结束；否则，判断当前人机界面组件是否为编辑组件；如果是，则绑定编辑组件对应的可编辑变量至该组件，本次绑定结束；若不是编辑组件；判断当前组件是否为事件组件；若是事件组件，绑定组件对应的事件至该组件；本次绑定结束；若不是事件组件，本次绑定过程结束。

4.根据权利要求1所述的一种数控系统人机界面二次开发平台系统，其特征在于所述NC服务端包括：

组件生成模块：加载脚本文件并生成人机界面及组件；

协议栈模块：将人机界面组件与组件操作事件进行绑定，并将机床反馈数据发送至组件生成模块用于显示；

机床控制模块：将绑定的机床控制信息发送至数控机床，并接收机床反馈数据。

5.根据权利要求4所述的一种数控系统人机界面二次开发平台系统，其特征在于所述协议栈模块：

从组件生成模块获取组件控制信息；

判断当前组件是否为显示组件；若是显示组件，周期性读取该组件绑定的机床反馈数据，本次绑定结束；若不是显示组件；判断当前组件是否是编辑组件；

若是编辑组件，则等待NC端用户编辑，本次绑定结束；若不是编辑组件，判断当前组件是否为控制组件；若是控制组件，则等待NC端用户操作，本次绑定结束；若不是控制组件，则本次绑定结束。

6.一种数控系统人机界面二次开发平台系统实现方法，其特征在于包括以下步骤:

用户配置端接收用户的图形化配置信息，通过应用绑定生成脚本文件发送至NC服务端；

NC服务端将接收的脚本文件通过协议栈解析发送命令至数控机床，并从数控机床接收反馈信息进行显示。

7.根据权利要求6所述的一种数控系统人机界面二次开发平台系统实现方法，其特征在于所述用户配置端接收用户的图形化配置信息，通过应用绑定生成脚本文件发送至NC服务端包括以下步骤：

组件引导模块根据用户的图形化配置信息生成数控系统的人机界面组件及其显示位置；

应用绑定模块将用户所选人机界面组件与用户所选属性进行绑定；

脚本构建模块根据绑定的机床版本信息、页面信息及组件控制信息生成脚本文件发送给NC服务端。

8.根据权利要求7所述的一种数控系统人机界面二次开发平台系统实现方法，其特征在于所述应用绑定模块将用户所选人机界面组件与用户所选属性进行绑定包括以下步骤：

从组件引导模块获取组件属性；绑定人机界面组件的形状、位置信息至该组件；判断当前人机界面组件是否为显示组件；

如果是，则绑定显示组件对应的数据索引信息至该组件，本次绑定结束；否则，判断当前人机界面组件是否为编辑组件；如果是，则绑定编辑组件对应的可编辑变量至该组件，本次绑定结束；若不是编辑组件；判断当前组件是否为事件组件；若是事件组件，绑定组件对应的事件至该组件；本次绑定结束；若不是事件组件，本次绑定过程结束。

9.根据权利要求6所述的一种数控系统人机界面二次开发平台系统实现方法，其特征在于所述NC服务端将接收的脚本文件通过协议栈解析发送命令至数控机床，并从数控机床接收反馈信息包括以下步骤：

组件生成模块加载脚本文件并生成人机界面及组件；

协议栈模块将人机界面组件与组件操作事件进行绑定，并将机床反馈数据发送至组件生成模块用于显示；

机床控制模块：将绑定的机床控制信息发送至数控机床，并接收机床反馈数据。

10.根据权利要求9所述的一种数控系统人机界面二次开发平台系统实现方法，其特征在于所述协议栈模块将人机界面组件与组件操作事件进行绑定，并将机床反馈数据发送至组件生成模块包括以下步骤：

从组件生成模块获取组件控制信息；

判断当前组件是否为显示组件；若是显示组件，周期性读取该组件绑定的机床反馈数据，本次绑定结束；若不是显示组件；判断当前组件是否是编辑组件；

若是编辑组件，则等待用户编辑，本次绑定结束；若不是编辑组件，判断当前组件是否为控制组件；若是控制组件，则等待NC端用户操作，本次绑定结束；若不是控制组件，则本次绑定结束。