CN108227665A - 多数量及多型号数控机床远程监视控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种多数量及多型号数控机床远程监视控制系统及其控制方法，控制系统包括布置在加工厂局域网环境内的多个数控机床及LED屏幕；布置在机房内的数据库服务器和文件服务器，数据库服务器和文件服务器连接DNC服务器，DNC服务器通过交换机连接数控机床与LED屏幕；布置在办公局域网环境中的多个DNC客户端，DNC客户端与交换机相连；布置在无线局域网环境中的移动客户端，移动客户端通过无线路由器与交换机相连，DNC服务器中设置有适配器模块。控制方法针对不同数控机床通过适配器模块自定义统一标准化数控机床参数格式进行数据整合，并通过多线程远程调用的方式控制数据采集与更新，满足多个不同类型数控机床之间集成、交互的需要。
Description
技术领域
本发明涉及数控机床控制领域，具体涉及一种多数量及多型号数控机床远程监视控制系统及其控制方法，满足多个不同类型数控机床之间集成、交互的需要。
背景技术
随着加工型企业规模日趋大型化，涵盖数控机床的平台集成技术、远程交互技术、文件传输技术等信息化技术的方案越来越受到企业的重视。通过技术手段解决车间现场问题，从而提高设备利用率，提升现场管理能力，降低生产成本，是每个加工型企业的切实需求。
大多数加工型车间都不同程度的存在数控机床品牌、类型繁杂，不同数控机床采用的通讯协议、接口方式呈多样性，通过统一的接口技术将所有数控机床接入信息化平台的难度较大。同时，由于各个数控机床输出的数据格式、规范不尽相同，这又导致了数据在存储时，统一进行数据分析、处理的难度增大。由于缺少必要的技术手段，大多数加工型车间都存在生产管理人员不能及时了解车间生产状况，获取现场生产数据、设备信息依赖于走查，获取现场数据效率低且易出错的问题。此外，传统加工型车间中，工艺文件都依赖于U盘、移动硬盘等移动存储设备传输至数控机床，频繁的热插拔容易烧坏数控机床电控设备板卡，也容易导致控制系统感染病毒程序，而且U盘与数控机床一对一传输文件效率很低。
目前的设备集成方案是建立车间局域网，通过网线直连、串口转网口等手段，将数控机床连接到远程计算机上，通过共享网络路径的方式实现机床与计算机、机床与机床的连通。在远程监控方面，通过访问共享网络路径上的数控机床数控系统输出文件的方式，获取数控机床实时运转状态，从而实现机床运行状态监控。在文件传输上，通过共享网络文件夹的方式，在远程计算机上访问数控机床，直接拷贝工艺文件至数控机床文件系统。
现有技术的缺点归结起来有以下几点：(1)共享网络路径的连接方式本质上来讲仍是物理设备一对一的连接方式，是文件系统与文件系统的对接，信息的整合大多数依赖于人工，滞后性不可避免，缺少应用系统这类信息化技术支持，可扩展的功能很有限。(2)共享网络文件夹的方式仅规避了使用移动存储设备带来的问题，并没有改变各数控机床逐一拷贝文件的情况，难以提高工艺文件传输的工作效率，而且文件本身更新内容的维护完全依赖于人工，文件按版本维护的体系难以建立。(3)共享网络路径虽然也能获取设备输出的运行状态文件，但是，文件输出数据存在先天的孤立性、无关性的特点，仅就文件层面进行数据的分析、挖掘，效率非常低。受制于此，车间整体信息化水平难以提高，不利于技术与管理的革新。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种多数量及多型号数控机床远程监视控制系统及其控制方法，定义统一的数控机床输出数据规范，在DNC系统平台上通过开发相应的接口将数控机床运行过程中的系统参数、用户参数实时采集到远程服务器上，通过统一的文件传输模块结合数控机床适配器交互模块，摆脱对移动存储设备的依赖。
为了实现上述目的，本发明多数量及多型号数控机床远程监视控制系统，包括：
布置在加工厂局域网环境内的多个数控机床以及LED屏幕；
布置在机房内的数据库服务器和文件服务器，数据库服务器和文件服务器均连接DNC服务器，DNC服务器通过交换机连接各个数控机床与LED屏幕；
布置在办公局域网环境中的多个DNC客户端，DNC客户端与交换机相连；
布置在无线局域网环境中的移动客户端，移动客户端通过无线路由器与交换机相连；
所述的DNC服务器中设置有适配器模块，所述的适配器模块提供针对不同数控机床采用的通信协议，自定义统一的标准化数控机床参数格式进行数据整合，并能够通过多线程远程调用的方式控制每个数控机床状态信息对象的数据采集与更新。
所述的DNC服务器包括位于服务端的业务逻辑层以及与之相连的数据访问层和适配器层，适配器层通过接口输入各个数控机床状态信息对象，数据访问层连接数据存储层；业务逻辑层通过服务层连接客户端，客户端包括PC终端、LED屏幕以及移动客户端。
业务逻辑层通过C++/.Net实现业务逻辑，服务层基于Web Service/WCF组建，PC终端与LED屏幕通过C++/.Net连接服务层，移动客户端通过Object-c、JAVA或.Net连接服务层。数控机床直接并入局域网内或者将RS232、RS485串口数据转TCP/IP数据后并入局域网内。
本发明多数量及多型号数控机床远程监视控制系统的控制方法，包括以下步骤：
a.分别搭建加工厂局域网环境、机房、办公局域网环境、无线局域网环境，并组成车间网络基础环境；b.数控机床接口授权，定制相应的接口；c.针对不同数控机床通过适配器模块自定义统一标准化数控机床参数格式进行数据整合，并通过多线程远程调用的方式控制每个数控机床状态信息对象的数据采集与更新。所述的步骤a中如果一级交换机接口数量不足以连接所有设备，采用多级交换机分级连接进行扩展，通过无线路由建立无线局域网环境。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：通过适配器模块规范不同协议产生的数据，实现不同协议间数据的交互，进而整合车间物理设备，并在此基础上，提供数据采集、分析模块，为应用软件提供数据支撑。利用数控机床自身的输出数据作为数据分析、数据挖掘的数据基础，尽可能排除人的主观因素对数据整合造成的影响，通过接口技术与定义规范加以整合，导入适应的数理分析方法，获取决策支持信息。本发明能够解决车间多品牌数控机床设备集成的问题，加工车间往往数控系统繁杂，各系统之间所用的通讯程序多样，各个控制系统又有多种不同的型号，造成各系统互相之间不兼容，通过接口技术整合不同厂商设备，为数控机床的集中管理提供了前提条件。本发明有效提高了车间设备利用率。通过统一的软件平台采集、分析数控机床的运行状况，统筹规划设备的使用策略，能够有效提高设备的利用率。本发明降低了车间现场管理成本，通过计算机监控的手段代替生产管理人员走查，能够高效反馈车间的生产状况，并及时预警，同时降低了对现场人为监督的依赖。
附图说明
图1本发明车间网络基础环境拓扑图；
图2本发明适配器模块设置架构示意图；
图3本发明多线程远程调用方法流程图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1，车间网络环境是本发明方案实施的必要条件。组建车间局域网时，视数控机床产品情况选择直接连接网线并入局域网内，或者将RS232、RS485等串口数据转TCP/IP数据后，并入局域网内。具体建网规则可以按照PC机搭建局域网的策略进行建网。
为提高文件传输速率，可用千兆交换机(CNC数量为一百台以内时，百兆也能满足需求)，如果一级交换机接口数量不足以连接所有设备，可以采用分级连接的方式扩展。考虑到系统需要扩展移动终端，可以通过无线路由建立无线局域网环境。
数控机床开放接口授权是该技术方案实施的另一个必要条件。目前主流的数控机床厂商，均可以为数控机床对接第三方平台提供、定制相应的接口。该技术方案要求数控机床厂商提供机床运行状态、机床控制指令、加工过程参数等接口授权。
数控机床需要提供授权的接口清单如下表所示：
参见图2，适配器模块主要提供针对各个厂商数控机床采用的通信协议，通过自定义的统一的标准化数控机床参数格式进行数据整合，以确保数据对于上层系统的规范性，从而适应各个厂商的数控机床或控制系统。该技术方案提供了实例化机床状态信息对象的方法，通过多线程远程调用的方式控制每个机床状态信息对象的数据采集与更新。
参见图3，适配器模块通过多线程的方式，自主创建线程对接数控机床，建立通信连接，将获取的特定协议规范的数据进行转换，进而提供给上层业务逻辑进行处理。
适配器模块作为数据采集的汇合点，技术实现要点主要在于如何实现模块与多品牌、多型号数控设备的稳定数据通信，从前期验证验证的情况来看，适配器模块与数控设备通信的健壮性，通信异常处理机制的合理性将直接影响系统运行的连续性和稳定性。
要实现适配器模块与多类型接入数控系统的兼容，模块设计方案需根据各个数控系统支持的通信方式，充分考虑系统的易扩展、易维护性。适配器模块采用了使用广泛、技术度成熟的以太网通行协议。为了适应工业生产的特殊环境，在系统网络搭建中使用了工业级的网络交换和传输设备，最大限度降低生产环境对系统运行的干扰。
适配器模块与各个数控系统的交互主要是通过与数控系统工控机，或总控PLC之间的数据通信实现的。就适配器模块自身的技术要点而言，多任务、多线程异步处理是本发明技术方案实现的难点，适配器模块需要同时执行多个线程异步任务，因此对系统多线程任务的合理设计会影响到系统的稳定性、可扩展性和可维护性。本发明的适配器模块广泛使用了线程池的技术，通过合理设置资源锁，来协调线程间的竞争关系。
Claims (6)
1.一种多数量及多型号数控机床远程监视控制系统，其特征在于，包括：
布置在加工厂局域网环境内的多个数控机床以及LED屏幕；
布置在机房内的数据库服务器和文件服务器，数据库服务器和文件服务器均连接DNC服务器，DNC服务器通过交换机连接各个数控机床与LED屏幕；
布置在办公局域网环境中的多个DNC客户端，DNC客户端与交换机相连；
布置在无线局域网环境中的移动客户端，移动客户端通过无线路由器与交换机相连；
所述的DNC服务器中设置有适配器模块，所述的适配器模块提供针对不同数控机床采用的通信协议，自定义统一的标准化数控机床参数格式进行数据整合，并能够通过多线程远程调用的方式控制每个数控机床状态信息对象的数据采集与更新。
2.根据权利要求1所述的多数量及多型号数控机床远程监视控制系统，其特征在于：所述的DNC服务器包括位于服务端的业务逻辑层以及与之相连的数据访问层和适配器层，适配器层通过接口输入各个数控机床状态信息对象，数据访问层连接数据存储层；业务逻辑层通过服务层连接客户端，客户端包括PC终端、LED屏幕以及移动客户端。
3.根据权利要求2所述的多数量及多型号数控机床远程监视控制系统，其特征在于：业务逻辑层通过C++或.Net实现业务逻辑，服务层基于Web Service或WCF组建，PC终端与LED屏幕通过C++或.Net连接服务层，移动客户端通过Object-c、JAVA或.Net连接服务层。
4.根据权利要求1所述的多数量及多型号数控机床远程监视控制系统，其特征在于：数控机床直接并入局域网内，或者将RS232、RS485串口数据转TCP/IP数据后并入局域网内。
5.一种如权利要求1所述多数量及多型号数控机床远程监视控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：a.分别搭建加工厂局域网环境、机房、办公局域网环境、无线局域网环境，并组成车间网络基础环境；b.数控机床接口授权，定制相应的接口；c.针对不同数控机床通过适配器模块自定义统一标准化数控机床参数格式进行数据整合，并通过多线程远程调用的方式控制每个数控机床状态信息对象的数据采集与更新。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述的步骤a中如果一级交换机接口数量不足以连接所有设备，采用多级交换机分级连接进行扩展。
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