CN108563193A - 一种面向数控机床的集中控制装置及方法 - Google Patents

一种面向数控机床的集中控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种面向数控机床的集中控制装置，主要由WinCC过程控制系统、OPCServer服务及智能控制通信系统组成；智能控制通信系统由一个OPCClient与一个线程池上下两层结构构成，OPCClient通过OPCServer服务与WinCC通信交互，完成数控机床控制指令的接收和状态上报；线程池中创建SocketClient，与一台或多台数控机床连接，完成数控机床控制指令的分派；OPCClient与线程池之间通过数控机床状态和控制指令的全局变量完成数据共用。本发明能够实现WinCC对多台数控机床的器材加工工艺流程管理、指令分派和过程控制，以及机床加工状态在WinCC的可视化显示。

Description

一种面向数控机床的集中控制装置及方法
技术领域
本发明属于智能制造信息技术领域，具体涉及一种面向数控机床的集中控制装置及方法。
背景技术
随着制造业的发展以及智能制造概念的提出，在自动化领域内，加工过程的流程化、智能化已经成为主流。在航空航天、武器生产等领域，器材器件的加工自动化率较低，离智能制造的理念和技术相差甚远。
WinCC过程控制系统(以下简称WinCC)是一种集生产自动化和过程自动化于一体的通用应用程序，可以集成到所有自动化解决方案内，其具有良好的开放性和灵活性，使设备和机器最优化运行，最大程度提高工厂的可用性和生产效率。因此WinCC可为生产制造航空器材的流程化管理提供思路。
目前，航空器材加工所使用的数控机床多数属于半自动化生产，生产流程上仍需人工干预来完成，机床可以对外提供生产加工控制接口，但是其接口未采用工业统一标准，难以与WinCC进行集成。因此，WinCC与数控机床之间形成直接控制是需要考虑的首要问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种面向数控机床的集中控制装置及方法，其引入WinCC过程控制系统，并设计用于WinCC过程控制系统与数控机床两者之间的稳定实时数据交换的智能通信控制系统，实现WinCC过程控制系统对多台数控机床的器材加工工艺流程管理、指令分派和过程控制，以及机床加工状态在WinCC过程控制系统的可视化显示。
实现本发明的技术方案如下：
一种面向数控机床的集中控制装置，主要由WinCC过程控制系统、OPCServer服务及智能控制通信系统组成；
WinCC过程控制系统，用于提供生产过程可视化界面和可编程的指令控制功能；
OPCServer通过一组接口提供服务，用于创建数控机床状态和控制指令的标签值；
智能控制通信系统由一个OPCClient与一个线程池上下两层结构构成，OPCClient通过OPCServer服务，实现与WinCC过程控制系统通信交互，完成数控机床控制指令的接收和状态上报；线程池中创建SocketClient，与一台或多台数控机床连接，完成数控机床控制指令的分派；OPCClient与线程池之间通过数控机床状态和控制指令的全局变量完成数据共用。
进一步地，本发明OPCClient中的机床状态参数集合与机床控制指令参数集合与OPCServer服务中的标签一一对应。
进一步地，本发明通过读取智能控制通信系统配置文件appConfig.xml中机床数量以及每台机床的IP、端口来建立异步SocketClient连接。
一种面向数控机床的集中控制方法，具体过程为：
一、在智能控制通信系统中创建OPCClient客户端，连接OPCServer服务，创建数控机床控制指令及数控机床状态组，并添加数控机床控制状态及控制指令的标签；在智能控制通信系统中初始化线程池，根据数控机床数量创建对应的SocketClient客户端，连接各个数控机床；
二、将机床加工流程控制指令、工艺过程的初始化状态存入OPCServer服务相应的标签值中；
三、通过WinCC过程控制系统启动加工流程，开始进行控制指令下发；控制指令分派过程如下：
查询到OPCServer服务中数控机床的控制指令标签值，并与OPCClient参数集合中机床控制指令的参数项进行对比，如果发生变化，则分别对OPCClient中机床控制指令的参数项及智能控制通信系统中机床控制指令全局变量进行修改；
查询到机床控制指令全局变量，并与SocketClient中的控制指令参数项进行对比，如果发生变化，则对SocketClient中的控制指令参数项进行赋值；
智能控制通信系统将机床控制指令封装成XML文本，通过Socket协议发送至数控机床；
四、机床状态通过智能通信控制系统完成上报，上报过程设计如下：
智能控制通信系统通过Socket接收数控机床发送的XML文本，解析机床状态信息，赋值给智能控制通信系统SocketClient中机床状态参数项；
查询到智能控制通信系统中机床状态全局变量，并与SocketClient中的机床状态参数项进行对比，如果发生变化，则对机床状态全局变量进行赋值；
查询到机床状态全局变量，并与OPCClient机床状态参数集合中的机床状态参数项进行对比，如果发生变化，则对机床状态参数项及OPCServer服务中机床状态标签进行修改和保存；
WinCC过程控制系统对OPCServer服务中的机床状态标签值进行查询，获得机床的状态数据并以图形界面显示。
五、整个加工流程完成后，WinCC提示加工流程结束。
有益效果
本发明提供了一种连接WinCC与数控机床之间的通信桥梁，解决了两者之间稳定实时数据交换的问题。系统使用线程池与Socket通信与数控机床进行连接，每一台机床单独使用一个线程，并且机床的IP和端口都是写在配置文件中，这样增加了机床的可扩展性。系统与机床之间的Socket通信采用异步连接方式，实现并行处理效果，数据传输速度快、效率高。本发明解决了WinCC直接控制数控机床加工的问题，提高了机床的使用效率，减少了中间流程。
附图说明
图1为本发明控制装置整体架构图；
图2为本发明控制装置一次数控机床控制流程图；
图3为本发明控制装置一次数控机床状态显示流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明一种面向航空器材加工的数控机床集中控制装置，主要由WinCC过程控制系统、OPCServer服务及智能控制通信系统组成，其中所述智能控制通信系统具有由上端通信控制功能和下端通信控制功能，主要由一个OPCClient与一个线程池上下两层结构构成。OPCClient主要包含机床状态参数集合与机床控制指令参数集合，用以更改OPCServer服务中所对应的标签；线程池中主要创建Socket客户端，用以连接数控机床，OPCClient与线程池之间的数据交换采用公共变量的方式完成。
OPCClient中机床状态参数集合与机床控制指令参数集合要与OPCServer服务中的标签一一对应。在创建OPCClient时，首先要连接OPCServer服务，其次添加OPC组，最后添加机床状态标签与机床控制指令标签。
在线程池中动态创建SocketClient，通过读取智能控制通信系统配置文件appConfig.xml中机床数量以及每台机床的IP、端口来建立异步Socket连接。
如图2所示，本发明所涉及的一次数控机床控制流程，具体过程如下：
步骤一：运行在计算服务器设备或工作站的智能控制通信系统预先启动；启动过程如下：
1)智能控制通信系统中的上端通信控制功能创建OPCClient客户端，连接OPCServer服务，创建数控机床控制指令及数控机床状态组，并添加数控机床控制状态及控制指令的标签；
2)智能控制通信系统中的下端通信控制功能初始化线程池，获取智能控制通信系统配置文件appConfig.xml中数控机床的接口信息，根据数控机床数量创建对应的SocketClient客户端，连接各个数控机床。
步骤二：管理人员通过WinCC过程控制系统以及生产加工工艺流程，完成对可用数控机床加工流程的编程，并将加工流程控制指令、工艺过程的初始化状态存入OPCServer服务相应的标签值中；
步骤三：管理人员通过WinCC过程控制系统启动加工流程，开始进行加工控制指令下发。控制指令分派过程如下：
1)智能控制通信系统中的上端通信控制功能连接OPCServer服务，并对其中数控机床的控制指令标签进行查询；
2)智能控制通信系统中的上端通信控制功能查询到OPCServer服务中数控机床的控制指令标签值OCi，并与智能控制通信系统中OPCClient参数集合中机床控制指令的参数项Ci进行对比，如果发生变化，则分别对Ci及智能控制通信系统中机床控制指令全局变量GCi赋值，GCi＝Ci＝OCi；
3)智能控制通信系统中的下端通信控制功能检查到机床控制指令全局变量GCi，并与SocketClient中的控制指令参数项SCi进行对比，如果发生变化，则对SCi进行赋值，SCi＝GCi；
4)智能控制通信系统将机床控制指令封装成XML文本，通过Socket协议发送至数控机床。
如图3所示，本发明所涉及的一次数控机床状态显示流程，具体过程如下：
步骤一：运行在计算服务器设备或工作站的智能控制通信系统预先启动；启动过程如下：
1)上端通信控制功能创建OPCClient客户端，连接OPCServer服务，创建数控机床控制指令及数控机床状态组，并添加数控机床控制状态及控制指令的标签；
2)下端通信控制功能初始化线程池，获取智能控制通信系统配置文件appConfig.xml中数控机床的接口信息,根据数控机床数量创建对应的SocketClient客户端，连接各个数控机床。
步骤二：管理人员通过WinCC以及生产加工工艺流程，完成对可用数控机床加工流程的编程，并将加工流程控制指令、工艺过程的初始化状态存入OPCServer服务相应的标签值中；
步骤三：机床状态通过智能通信控制系统完成上报，上报过程设计如下：
1)智能控制通信系统通过Socket接收数控机床发送的XML文本，解析机床状态信息，赋值给智能控制通信系统SocketClient中机床状态参数项STi；
2)下端通信控制检查到智能控制通信系统中机床状态全局变量GTi，并与SocketClient中的机床状态参数项STi进行对比，如果发生变化，则对GTi进行赋值GTi＝STi；
3)上端通信控制检查到机床状态全局变量GTi，并与OPCClient机床状态参数集合中的机床状态参数项OTi进行对比，如果发生变化，则对OTi进行赋值OTi＝GTi,并对OPCServer服务中机床状态标签进行修改和保存；
4)WinCC对OPCServer服务中的机床状态标签值进行查询，获得机床的状态数据并以图形界面显示。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种面向数控机床的集中控制装置，其特征在于，主要由WinCC过程控制系统、OPCServer服务及智能控制通信系统组成；
WinCC过程控制系统，用于提供生产过程可视化界面和可编程的指令控制功能；
OPCServer通过一组接口提供服务，用于创建数控机床状态和控制指令的标签值；
智能控制通信系统由一个OPCClient与一个线程池上下两层结构构成，OPCClient通过OPCServer服务，实现与WinCC过程控制系统通信交互，完成数控机床控制指令的接收和状态上报；线程池中创建SocketClient，与一台或多台数控机床连接，完成数控机床控制指令的分派；OPCClient与线程池之间通过数控机床状态和控制指令的全局变量完成数据共用。
2.根据权利要求1所述面向数控机床的集中控制装置，其特征在于，OPCClient中的机床状态参数集合与机床控制指令参数集合与OPCServer服务中的标签一一对应。
3.根据权利要求1所述面向数控机床的集中控制装置，其特征在于，通过读取智能控制通信系统配置文件appConfig.xml中机床数量以及每台机床的IP、端口来建立异步SocketClient连接。
4.一种面向数控机床的集中控制方法，其特征在于，具体过程为：
一、在智能控制通信系统中创建OPCClient客户端，连接OPCServer服务，创建数控机床控制指令及数控机床状态组，并添加数控机床控制状态及控制指令的标签；在智能控制通信系统中初始化线程池，根据数控机床数量创建对应的SocketClient客户端，连接各个数控机床；
二、将机床加工流程控制指令、工艺过程的初始化状态存入OPCServer服务相应的标签值中；
三、通过WinCC过程控制系统启动加工流程，开始进行控制指令下发；控制指令分派过程如下：
查询到OPCServer服务中数控机床的控制指令标签值，并与OPCClient参数集合中机床控制指令的参数项进行对比，如果发生变化，则分别对OPCClient中机床控制指令的参数项及智能控制通信系统中机床控制指令全局变量进行修改；
查询到机床控制指令全局变量，并与SocketClient中的控制指令参数项进行对比，如果发生变化，则对SocketClient中的控制指令参数项进行赋值；
智能控制通信系统将机床控制指令封装成XML文本，通过Socket协议发送至数控机床；
四、机床状态通过智能通信控制系统完成上报，上报过程设计如下：
智能控制通信系统通过Socket接收数控机床发送的XML文本，解析机床状态信息，赋值给智能控制通信系统SocketClient中机床状态参数项；
查询到智能控制通信系统中机床状态全局变量，并与SocketClient中的机床状态参数项进行对比，如果发生变化，则对机床状态全局变量进行赋值；
查询到机床状态全局变量，并与OPCClient机床状态参数集合中的机床状态参数项进行对比，如果发生变化，则对机床状态参数项及OPCServer服务中机床状态标签进行修改和保存；
WinCC过程控制系统对OPCServer服务中的机床状态标签值进行查询，获得机床的状态数据并以图形界面显示。
五、整个加工流程完成后，WinCC提示加工流程结束。
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