開放式、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

• 所謂內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)是指數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)CNC單元與伺服驅(qū)動及I/O邏輯控制等單元，以現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)連接：對于數(shù)控系統(tǒng)硬件，開放性主要是指其電腦、網(wǎng)絡(luò)、伺服系統(tǒng)及I/O邏輯控制等單元應(yīng)該具有統(tǒng)一的互聯(lián)標準，以實現(xiàn)互換性。為使數(shù)控系統(tǒng)硬件具有互換性，目前歐洲CNC制造商在其產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用SERCOS(Serial Real-time Communication System，一種適于高速伺服控制的網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議，于1995年成為IEC1491國際標準)?，F(xiàn)場總線作為與數(shù)字驅(qū)動單元的接口，則采用Profibus等現(xiàn)場總線作為與I/O邏輯控制單元的接口。
• 所謂外部網(wǎng)絡(luò)，指的是數(shù)控系統(tǒng)與系統(tǒng)外的其他控制系統(tǒng)或外部上位電腦以網(wǎng)絡(luò)連接：隨著現(xiàn)代通信技術(shù)和IT業(yè)的發(fā)展，世界上一些著名的數(shù)控系統(tǒng)公司都相繼推出了具有網(wǎng)絡(luò)集成能力和一定智能化水平的控制系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對設(shè)備的遠程控制和無人化操作、遠程加工程序(特別是大容量程序)傳輸、遠程診斷和遠程維修服務(wù)等技術(shù)服務(wù)，并提高機床生產(chǎn)率。如日本大隈(Okuma)機床公司的“IT plaza”(信息技術(shù)廣場，簡稱“IT廣場”)、日本Mazak(山崎)公司的“Cyber Production Center”(智能生產(chǎn)控制中心，簡稱CPC)、GE Fanuc公司的“Open Factory CNC”(開放工廠CNC)以及 Siemens公司的“Open Manufacturing Environment”(開放制造環(huán)境)等。

開放式、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)的特點

HNC-21/22開放式、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)的實現(xiàn)方案

• 符合ONC技術(shù)規(guī)范，具有開放性。
• 基于PC體系結(jié)構(gòu)，以軟代硬、簡化硬件、易于生產(chǎn)、使用和維修。
• 充分利用已有的華中I型數(shù)控系統(tǒng)研究成果。
• 硬件通用，軟件跨平臺。研制的硬件平臺-PC嵌入式＋FPGA硬件平臺，可適用于三個不同的軟件平臺基于DOS的軟件平臺1、基于LINUX的軟件平臺2、基于WINDOWS的軟件平臺3。

ONC系統(tǒng)簡介

• 第一層：具有可配置功能、開放的人機界面和通訊接口及協(xié)議。
• 第二層：控制裝置在明確固定的拓撲結(jié)構(gòu)下允許替換、增加NC核心中的特定模塊以滿足用戶的特殊要求。
• 第三層：拓撲結(jié)構(gòu)完全可變的“全開放”的控制裝置。(目前標準未定義)

HNC開放式、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺

• 支援ONC第一層和第二層要求
• 保留對今后第三層的支持
• 系統(tǒng)從經(jīng)濟型到高檔型可伸縮及裁減
• 通過應(yīng)用程序接口可開發(fā)各種應(yīng)用程序形成不同產(chǎn)品
• 通過設(shè)備驅(qū)動程序連接各種數(shù)控部件
• PC體系結(jié)構(gòu)可運行PC應(yīng)用軟件

• HNC-21/22A：可配4個模擬量伺服驅(qū)動裝置；
• HNC-21/22C：可配4個串行口伺服驅(qū)動裝置；
• HNC-21/22D：可配4個脈沖量伺服驅(qū)動裝置或步進電機驅(qū)動裝置；
• HNC-21/22F：可配4個脈沖量伺服驅(qū)動裝置或步進電機驅(qū)動裝置或4個模擬量伺服驅(qū)動裝置或4個串行口伺服驅(qū)動裝置。

HNC開放式、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)軟件平臺

• 基于LINUX自由軟件平臺
• 軟件數(shù)控
• 可使用工業(yè)標準PC硬件或RISC處理器，增加了開放性
• 32位元體系結(jié)構(gòu)
• 突破640k內(nèi)存的限制
• 強大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能
• 優(yōu)良的開發(fā)環(huán)境
• 豐富的軟件資源

HNC-21/22開放式數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用

華中數(shù)控的遠程操作監(jiān)控與診斷平臺

• 基本原理
  通過Internet將分布在不同地域的數(shù)控設(shè)備、現(xiàn)場設(shè)備維修工程師、設(shè)備制造企業(yè)維修工程師及領(lǐng)域?qū)＜医M織和聯(lián)系起來，在設(shè)備與人之間、人與人之間進行快速的信息傳遞，形成一個網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)控設(shè)備診斷與維修諮詢系統(tǒng)和視頻會議系統(tǒng)，借助網(wǎng)絡(luò)這一快捷的現(xiàn)代通訊手段，對數(shù)控設(shè)備故障進行快速診斷。
  

  圖5　數(shù)控設(shè)備E-服務(wù)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

• 系統(tǒng)構(gòu)成與工作流程
  數(shù)控設(shè)備E-服務(wù)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要由數(shù)控設(shè)備E-服務(wù)平臺、數(shù)控機床網(wǎng)關(guān)和遠程用戶終端三大部分組成。
  數(shù)控設(shè)備E-服務(wù)平臺是建立在互聯(lián)網(wǎng)上的一個特殊網(wǎng)站，內(nèi)容包括數(shù)控設(shè)備制造企業(yè)的用戶檔案、協(xié)助其進行設(shè)備故障診斷的領(lǐng)域?qū)＜覚n案、用戶設(shè)備電子病歷，設(shè)備遠程操作、診斷、維護模塊，以及網(wǎng)絡(luò)會診工具等。平臺的作用是通過Web這一靈活、方便的形式將與設(shè)備技術(shù)支持與服務(wù)相關(guān)的設(shè)備診斷信息、用戶信息、專家信息組織在一起，形成一個網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備故障診斷與服務(wù)保障體系，提高產(chǎn)品售后服務(wù)質(zhì)量和效率。
  機床網(wǎng)關(guān)是由運行在生產(chǎn)現(xiàn)場的一臺PC機或筆記本電腦構(gòu)成的一個數(shù)控機床連接器，它一端通過電話網(wǎng)、移動通訊網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)與數(shù)控設(shè)備E-服務(wù)平臺相連，另一端則通過局域網(wǎng)/RS232等形式與數(shù)控機床相連。其作用是將數(shù)控機床內(nèi)部的PLC信息和外部的音頻、視頻信息、傳感器信息發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)上，供設(shè)備遠程診斷使用。另外它也可以將遠程終端用戶瀏覽器發(fā)送來的控制信息轉(zhuǎn)發(fā)給與之連接的數(shù)控機床。
  遠程終端可以是互聯(lián)網(wǎng)上的任何一臺電腦，其用戶是設(shè)備使用工程師、設(shè)備制造工程師或領(lǐng)域?qū)＜?。他們通過運行在遠程終端上的瀏覽器從數(shù)控設(shè)備E-服務(wù)平臺上獲取和發(fā)布信息，對數(shù)控設(shè)備故障進行遠程協(xié)作診斷，提供遠程技術(shù)支持。
  

  圖6　數(shù)控設(shè)備E-服務(wù)系統(tǒng)工作過程示意圖

  數(shù)控設(shè)備E-服務(wù)系統(tǒng)的典型工作過程如圖6所示。企業(yè)用戶遇到技術(shù)問題時先登錄數(shù)控設(shè)備E-服務(wù)平臺，利用平臺提供的典型案例、設(shè)備常見故障、數(shù)控設(shè)備診斷專家系統(tǒng)等工具嘗試自行解決問題；如果用戶無法在平臺提供的工具下解決問題則請求作為平臺管理員的設(shè)備制造企業(yè)工程師協(xié)助解決問題；如果問題還是不能解決則由平臺管理員請求異地領(lǐng)域?qū)＜疫M行聯(lián)合會診，直至問題解決。
  在國家十五攻關(guān)、863、國家自然科學基金等相關(guān)項目的支持下，國家數(shù)控系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心與華中數(shù)控聯(lián)合研發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化、開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺符合ONC規(guī)范，具有良好的開放性和強大的網(wǎng)絡(luò)功能，已派生出了車、銑、加工中心、齒輪加工機床、仿形機床、磨床、鍛壓和沖壓機床、絎縫機、組合機床、刨床、彎管機、玻璃加工機床等30多種數(shù)控系統(tǒng)，在實際應(yīng)用中得到了有力的驗證。