CN108040005B - 一种基于物联网的数控机床智能监控网关 - Google Patents

一种基于物联网的数控机床智能监控网关 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网的数控机床智能监控网关，其包括：用于将各所述数控系统的上行数据进行统一转换后通过以太网接口上传至数据库存储单元的适配单元；其同时将代理单元下发的下行数据转换成与每一数控系统相匹配的数据格式并传递至相应的数控系统；用于存储各所述数控系统所上传的上行数据的数据库存储单元；以及用于实现上下行数据API转换，并采用统一的物理接口及协议标准与上位机连接的代理单元，其包括实时代理模块、第一协议代理模块以及第二协议代理模块，本发明可实现不同类型的自动化数控设备互联互通，其能够兼容不同硬件接口、软件协议及数控系统，并提供多标准数据读取接口；具有实时数据采集、数控程序网络化管理等功能。

Description

一种基于物联网的数控机床智能监控网关
技术领域
本发明涉及一种基于物联网的数控机床智能监控网关，其用以基于物联网实现对数控机床的数据采集、监控、管理。
背景技术
数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床。其具有加工效率高、精度高，质量稳定的优点，适用于高度柔性、自动化生产领域，是数控生产线的基础组成部分。但在实际生产中，数控生产线为满足不同产品生产工艺、计划调度需求，生产线数控机床多来自不同的供应商，导致整个生产线具有不同的硬件接口标准、总线标准及数控系统，造成信息封闭、利用效率低、生产线统一监控管理难度大和成本高等问题，不利于固有生产线的改造升级和新生产线的快速组建。
同时随着物联网技术的不断完善与发展、应用领域的扩大，为机械加工控制领域提供了新的发展契机，对数控生产线管理、监控、信息集成提供新的理念与方法；物联网(Internet of Things，简称IoT)概念最早由美国麻省理工大学提出，是以互联网为基础与核心的延伸和扩展，通过智能感知、技术识别与普适计算等技术实现对任何物品之间的信息交换与通信。
因此研究基于物联网技术实现对数控机床的数据采集、监控、管理的网关设备或者系统就显得尤为重要。
发明内容
鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种基于物联网的数控机床智能监控网关，其可实现不同类型的自动化数控设备互联互通，其能够兼容不同硬件接口、软件协议及数控系统，并提供多标准数据读取接口；具有实时数据采集、远程启停控制、数控程序网络化管理等功能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案：
一种基于物联网的数控机床智能监控网关，其被设置在由上位机及多个待监控自动化数控设备所组成的通信网络中，其特征在于，包括：
与各待监控自动化数控设备所对应的数控系统相连接的适配单元，其用于将各所述数控系统的上行数据进行统一转换后通过以太网接口上传至数据库存储单元；同时将代理单元下发的下行数据转换成与每一数控系统相匹配的数据格式并传递至相应的数控系统；
分别与所述适配单元、代理单元相连接的数据库存储单元，其用于存储各所述数控系统所上传的上行数据；
以及与所述适配单元、数据库存储单元相连接的代理单元，其用于实现上下行数据API转换，并采用统一的物理接口及协议标准与上位机连接；所述代理单元包括实时代理模块、第一协议代理模块以及第二协议代理模块，其中所述实时代理模块与所述适配单元相连接，其能够为本网关提供实时协议标准并能够将上位机下发的下行数据传递至适配单元；所述第一协议代理模块能够为本网关提供基于OPCServer协议接口的上行数据传递通道；所述第二协议代理模块能够为本网关提供基于MTConnetct协议接口的上行数据传递通道。
进一步的，作为本发明的优选方案
所述网关还具有多接口协议设备互通联网单元，其包括：
至少包含有RS232串口、RS485串口、RS422串口、TCP/IP网络接口、Wifi网络接口、Ethernet总线接口、Profibus总线接口、CAN总线接口、Modbus总线接口的可兼容输入接口；
以及至少包含有ASCII文本输出接口、SQL Server数据表输出接口、Telnet交互输出接口、OPC输出接口、MTconnect输出接口的输出物理接口；以满足各个待监控自动化数控设备的不同接口需求，实现不同类型的自动化数控设备互联互通。
进一步的，作为本发明的优选方案
所述适配单元包括若干能够与多种类型数控系统相匹配的适配器；其至少包括分别与Fanuc、广州数控、华中数控、沈阳高精数控、ABB、Mitsubishi、Siemens、Heidenhain、MAG、HAAS等数控系统对应适配器。
进一步的，作为本发明的优选方案
所述实时代理模块能够在上位机下发的下行数据时，自该下行数据中解析出对应的目标地址代码后将下行数据转换为与所述目标地址代码所对应的数据系统相匹配的数据格式，并通过适配单元进行传递；即能够完成通用API接口数据转换为与所述目标地址代码所对应的数据系统相匹配的专用API接口数据的过程。
进一步的，作为本发明的优选方案
所述第一协议代理模块还具备开放逻辑接口且其在为网关提供基于OPCServer协议接口的上行数据传递通道时，标记该上行数据的源地址代码并将该上行数据以通用数据格式及硬件接口形式上传至上位机；所述第二协议代理模块还具备开放逻辑接口且其在为网关提供基于MTConnetct协议接口的上行数据传递通道时，标记该上行数据的源地址代码并将该上行数据以通用数据格式及硬件接口形式上传至上位机。即能够完成与所述源地址代码所对应的数据系统相匹配的专用API接口数据转换为通用API接口数据的过程。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明所述智能网关通过多接口协议设备互通联网单元实现不同类型的自动化设备互联互通，能够快速组建工厂自动化设备物联网；
2、本发明可实现自动化设备运行状态的实时数据采集、存储，涉及数控设备运行状态、运行时间、加工数据、报警信息、刀具信息、程序信息等多种信息数据，涵盖数字化制造生产线绝大部分所需数据，并提供多标准数据读取接口；
3、本发明可实现自动化设备运行程序的网络化管理，远程启停控制、实时大数据管理。对数控设备加工程序集中化管理涉及程序上传、下载、删除、查阅等；远程控制生产线数控设备执行、停车等，根据生产调度统筹生产线管理，不必前往生产线逐一操作，提高管理效率和管理灵活性；具有实时大数据处理能力：大尺度数据窗口操作、关系型实时数据库、数据灾难恢复管理等。
附图说明
图1是本发明的结构原理示意图；
图2是本发明所述网关对应的实例示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明所述基于物联网的数控机床智能监控网关，其被设置在由上位机及多个待监控自动化数控设备所组成的通信网络中，其特征在于，包括：
与各待监控自动化数控设备所对应的数控系统相连接的适配单元，其用于将各所述数控系统的上行数据进行统一转换后通过以太网接口上传至数据库存储单元；同时将代理单元下发的下行数据转换成与每一数控系统相匹配的数据格式并传递至相应的数控系统；
分别与所述适配单元、代理单元相连接的数据库存储单元，其用于存储各所述数控系统所上传的上行数据；
以及与所述适配单元、数据库存储单元相连接的代理单元，其用于实现上下行数据API转换，并采用统一的物理接口及协议标准与上位机连接；所述代理单元包括实时代理模块、第一协议代理模块以及第二协议代理模块，其中所述实时代理模块即AgentRealtime模块，其与所述适配单元相连接，能够为本网关提供实时协议标准并能够将上位机下发的下行数据传递至适配单元；所述第一协议代理模块能够为本网关提供基于OPCServer协议接口的上行数据传递通道；所述第二协议代理模块能够为本网关提供基于MTConnetct协议接口的上行数据传递通道。
进一步的，作为本发明的优选方案
所述网关还具有多接口协议设备互通联网单元，其包括：
可兼容输入接口，所述可兼容输入接口至少包含有作为物理接口的RS232串口、RS485串口、RS422串口、TCP/IP网络接口、Wifi网络接口以及作为现场总线接口的Ethernet总线接口、Profibus总线接口、CAN总线接口、Modbus总线接口；以及输出物理接口，该输出物理接口至少包含有ASCII文本输出接口、SQL Server数据表输出接口、Telnet交互输出接口、OPC输出接口、MTconnect输出接口的；同时其还支持支持星型结构、总线结构、层次结构等组网结构以满足各个待监控自动化数控设备的不同接口需求，实现不同类型的自动化数控设备互联互通。
进一步的，作为本发明的优选方案
所述适配单元包括多个针对不同类型的数控系统所匹配的适配器；其至少包括分别与Fanuc(发那科数控)、广州数控系列、华中数控系列、沈阳高精数控系列、ABB系列、Mitsubishi(三菱数控)系列、Siemens(西门子数控)系列、Heidenhain系列(海德汉数控)、MAG系列、HAAS(哈斯数控)系列等数控系统对应适配器。上述各适配器将各数控系统所构成的设备层所上传的上行数据进行统的API转换(即完成数控系统指定API与通用API转换)后通过以统一的太网接口形式传递给所述数据库存储单元；同时可将代理单元的下行数据进行API转换后，通过与各数控系统兼容的硬件、总线接口传递至对应数控系统，从而完成所述适配单元所构成的适配器层内实现硬件接口标准的统一过程。
进一步的，作为本发明的优选方案
所述数据库存储单元采用能够实时存储各所述数控系统所上传的上行数据(如机床设备状态信息加工信息等)的基于SQL92标准数据库。
进一步的，作为本发明的优选方案
如图2所示，所述代理单元其主要为上位机的上下行数据提供统一物理接口及协议标准，如其能够提供基于OPCServer协议接口及MTConnetc协议接口，使得本单元具有开放性好，可编程，并兼容多种系统的特点；具体的，所述实时代理模块采用实时协议并直接与适配单元连接，其能够在上位机下发的下行数据时，自该下行数据中解析出对应的目标地址代码后将下行数据转换为与所述目标地址代码所对应的数据系统相匹配的数据格式，并通过适配单元进行传递；即能够完成通用API接口数据转换为与所述目标地址代码所对应的数据系统相匹配的专用API接口数据的过程。所述第一协议代理模块(OPCServer协议代理模块)还具备开放逻辑接口且其在为网关提供基于OPCServer协议接口的上行数据传递通道时，标记该上行数据的源地址代码并将该上行数据以通用数据格式及硬件接口形式上传至上位机；所述第二协议代理模块(MTConnect协议代理模块)还具备开放逻辑接口且其在为网关提供基于MTConnetct协议接口的上行数据传递通道时，标记该上行数据的源地址代码并将该上行数据以通用数据格式及硬件接口形式上传至上位机。即能够完成与所述源地址代码所对应的数据系统相匹配的专用API接口数据转换为通用API接口数据的过程。通过设置所述代理单元为网关提供统一的物理接口及协议标准，如通过实时代理模块编辑定义ASCII文本、SQL Server数据表、Telnet协议，通过第一协议代理模块、第二协议代理模块为网关提供OPC、MTconnect国际标准接口，以实现上位机与不同数控系统的统一连接，并可支持星型结构、总线结构、层次结构等。更一步的基于此多数控系统集成网关，能够针对各数控系统，通过编写对应适配器程序、集成相关功能插件，可为上位机提供如下功能：机床状态数据监控(运行状态、运行时间、切削时间、各轴转速、进给速度、功率负载、坐标信息、刀具信息、程序信息、加工件数等)；异常报警停机处理；数控程序管理(程序上传、程序下载、程序列表、程序删除、远程执行、远程停车、执行状态等)；实时大数据管理(多尺度数据窗口、关系型实时数据库、数据灾难恢复管理等)。
所述实时监控管理功能可实现：实时数据采集、远程启停控制、数控程序网络化管理。所述实时监控管理功能包括：机床状态数据监控(运行状态、运行时间、切削时间、各轴转速、进给速度、功率负载、坐标信息、刀具信息、程序信息、加工件数等)；异常报警停机处理；数控程序网络化管理(程序上传、程序下载、程序列表、程序删除、远程执行、远程停车、执行状态等)。
综上所述，本发明所提供的网关，其可实现不同类型的自动化设备互联互通，在兼容不同硬件接口、软件协议及数控系统的同时，提供多种标准数据读取接口；具有实时数据采集、远程启停控制、数控程序网络化管理等能力；可实现快速组建工厂自动化设备物联网，因此可广泛用于智能制造领域。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于物联网的数控机床智能监控网关，其被设置在由上位机及多个待监控自动化数控设备所组成的通信网络中，其特征在于，包括：
与各待监控自动化数控设备所对应的数控系统相连接的适配单元，其用于将各所述数控系统的上行数据进行统一转换后通过以太网接口上传至数据库存储单元；同时将代理单元下发的下行数据转换成与每一数控系统相匹配的数据格式并传递至相应的数控系统；
分别与所述适配单元、代理单元相连接的数据库存储单元，其用于存储各所述数控系统所上传的上行数据；
以及与所述适配单元、数据库存储单元相连接的代理单元，其用于实现上下行数据API转换，并采用统一的物理接口及协议标准与上位机连接；所述代理单元包括实时代理模块、第一协议代理模块以及第二协议代理模块，其中所述实时代理模块与所述适配单元相连接，其能够为本网关提供实时协议标准并能够将上位机下发的下行数据传递至适配单元；所述第一协议代理模块能够为本网关提供基于OPCServer协议接口的上行数据传递通道；所述第二协议代理模块能够为本网关提供基于MTConnetct协议接口的上行数据传递通道。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的数控机床智能监控网关，其特征在于：
所述网关还具有多接口协议设备互通联网单元，其包括：
至少包含有RS232串口、RS485串口、RS422串口、TCP/IP网络接口、Wifi网络接口、Ethernet总线接口、Profibus总线接口、CAN总线接口、Modbus总线接口的可兼容输入接口；
以及至少包含有ASCII文本输出接口、SQL Server数据表输出接口、Telnet交互输出接口、OPC输出接口、MTconnect输出接口的输出物理接口。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的数控机床智能监控网关，其特征在于：
所述实时代理模块能够在上位机下发的下行数据时，自该下行数据中解析出对应的目标地址代码后将下行数据转换为与所述目标地址代码所对应的数据系统相匹配的数据格式，并通过适配单元进行传递。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的数控机床智能监控网关，其特征在于：所述第一协议代理模块还具备开放逻辑接口且其在为网关提供基于OPCServer协议接口的上行数据传递通道时，标记该上行数据的源地址代码并将该上行数据以通用数据格式及硬件接口形式上传至上位机；所述第二协议代理模块还具备开放逻辑接口且其在为网关提供基于MTConnetct协议接口的上行数据传递通道时，标记该上行数据的源地址代码并将该上行数据以通用数据格式及硬件接口形式上传至上位机。
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