基于CAN總線的DNC遠(yuǎn)程診斷及監(jiān)控系統(tǒng)
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DNC（DistributedNumericalControl）是把車間內(nèi)的數(shù)控機(jī)床與上位控制計(jì)算機(jī)集成，實(shí)現(xiàn)加工設(shè)備集中控制與管理的一種方式。這種方式雖然充分利用了設(shè)備的潛力，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，但是對(duì)設(shè)備的維護(hù)提出了更高的要求。流水線上關(guān)鍵設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，將會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)巨大的損失。為了使損失降到最低，應(yīng)該在提高設(shè)備可靠性的同時(shí)，對(duì)加工設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，以便在設(shè)備出現(xiàn)故障征兆時(shí)，能及時(shí)進(jìn)行故障處理，縮短故障診斷和維修時(shí)間。但是從我國(guó)大部分企業(yè)的人員配備模式來(lái)看，企業(yè)內(nèi)部用于設(shè)備維護(hù)的專業(yè)技術(shù)人員相對(duì)較少，不可能在全國(guó)各地設(shè)立售后服務(wù)中心，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，由于地域的原因?qū)＜覠o(wú)法及時(shí)到達(dá)故障現(xiàn)場(chǎng)，也就無(wú)法了解設(shè)備當(dāng)時(shí)的實(shí)際運(yùn)行情況和現(xiàn)場(chǎng)的基本參數(shù)，這不僅給診斷帶來(lái)了困難也給用戶帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為此本文提出了基于CAN總線的DNC遠(yuǎn)程診斷及監(jiān)控系統(tǒng)，并對(duì)其體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)作了介紹。
1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
基于CAN總線（TheControllerAreaNet-workFieldbus）的DNC遠(yuǎn)程診斷及監(jiān)控系統(tǒng)主要由DSP數(shù)據(jù)采集器、上位監(jiān)控機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、企業(yè)Web服務(wù)器、企業(yè)故障診斷中心及遠(yuǎn)程故障診斷中心6部分組成，如圖1所示。
DSP數(shù)據(jù)采集器從傳感器組中采集來(lái)自數(shù)控機(jī)床的信號(hào)（如來(lái)自刀具切削振動(dòng)信號(hào)、機(jī)床主軸軸承振動(dòng)信號(hào)、液壓系統(tǒng)的溫度等），并進(jìn)行一系列的信號(hào)處理（如穩(wěn)壓濾波、A/D轉(zhuǎn)換等）后，經(jīng)CAN總線送入上位監(jiān)控機(jī)（另有一備份冗余監(jiān)控機(jī)）。上位監(jiān)控機(jī)上的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，而且還能通過(guò)WinSocket控件與數(shù)據(jù)庫(kù)之間進(jìn)行通信。此外，上位監(jiān)控機(jī)還能根據(jù)設(shè)備的加工能力將加工程序經(jīng)過(guò)CAN總線及RS232/CAN轉(zhuǎn)換模塊送入不同的數(shù)控機(jī)床完成零件的加工;數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上安裝了Microsoft公司的SQLServer2000。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器應(yīng)用程序的主要任務(wù)是接收和處理來(lái)自上位監(jiān)控機(jī)的數(shù)據(jù)，并將接收的數(shù)據(jù)寫入原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后將其寫入SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)流水線上的某一機(jī)床出現(xiàn)故障時(shí)，將故障時(shí)刻的記錄寫入設(shè)備故障狀況表中;Web服務(wù)器是設(shè)立在Internet上的服務(wù)站點(diǎn)，企業(yè)故障診斷中心及遠(yuǎn)程故障診斷中心與Web服務(wù)器之間采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）模式，所有監(jiān)控、分析、診斷軟件都放在Web服務(wù)器上，并通過(guò)Web主頁(yè)進(jìn)行管理。
2遠(yuǎn)程診斷及監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
2.1對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集
本遠(yuǎn)程診斷及監(jiān)控系統(tǒng)中的在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)的通信程序中設(shè)置了一些底層函數(shù)供上位監(jiān)控機(jī)調(diào)用，以實(shí)現(xiàn)DSP采集器與監(jiān)控機(jī)的通訊?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的工作流程是：傳感器信號(hào)經(jīng)過(guò)必要的穩(wěn)壓濾波，送入ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器），并根據(jù)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的不同需要，若是參考性、資料性信號(hào)，就把數(shù)據(jù)存貯起來(lái)適當(dāng)?shù)臅r(shí)候傳到上位機(jī);若是比較緊急和實(shí)時(shí)的控制反饋數(shù)據(jù)，比如說(shuō)機(jī)床報(bào)警信號(hào)，那就及時(shí)的傳送到上位機(jī)進(jìn)行處理或用作控制。系統(tǒng)中，各DSP芯片獨(dú)自的完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集。并可通過(guò)上位機(jī)下傳數(shù)據(jù)表格的方式靈活的改變傳感器的定標(biāo)系數(shù)，尤其適合于傳感器線性度不是很理想的系統(tǒng)。各DSP的工作狀態(tài)和工作模式由上位機(jī)靈活選擇，提高系統(tǒng)的適應(yīng)能力。
數(shù)據(jù)采集器以DSP芯片-TMS320LF2407A芯片為核心，TMS320LF2407A的ADC模塊帶有內(nèi)置采樣/保持電路的10位ADC，總共有16個(gè)模擬輸入通道，可用來(lái)實(shí)現(xiàn)采集信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換。頻率采集則利用DSP芯片所帶事件管理器的捕獲單元完成由于2407A芯片帶有六個(gè)捕獲單元，他們?cè)谙鄳?yīng)的捕獲引腳上出現(xiàn)跳變時(shí)被觸發(fā)，產(chǎn)生捕獲中斷。TMS320L2407A芯片所帶的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間只有64K，不能滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的容量，因此需要對(duì)2407A芯片進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展?？紤]到數(shù)據(jù)量的大小和防止掉電數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題，因此選用256K×16位的FLASH芯片SST39VF400A作為片外擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。
2.2上位監(jiān)控機(jī)與數(shù)控機(jī)床之間的通信實(shí)現(xiàn)
為了減輕現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理層的網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，本系統(tǒng)在監(jiān)控機(jī)與數(shù)控機(jī)床之間采用雙層CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一層用于加工過(guò)程及機(jī)床的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，主要用于DSP采集器中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸;另一層用于DNC操作，DNC操作子層的主要任務(wù)實(shí)現(xiàn)NC程序的上傳和下載、NC程序的編輯及加工工藝信息的讀取等，它通過(guò)CAN總線及RS232/CAN轉(zhuǎn)換模塊送入不同的數(shù)控機(jī)床完成零件的加工。
?。?）采集器中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸
TMS320LF2407A帶有標(biāo)準(zhǔn)的CAN控制器，可以很方便的組成現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備網(wǎng)。TMS320LF2407A上的CAN控制器完全支持CAN2.0B協(xié)議，其數(shù)據(jù)幀格式有：標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀兩種不同的幀格式，前者為11位標(biāo)識(shí)符，后者有29位標(biāo)識(shí)符。由于在實(shí)際控制中DSP控制器的上傳數(shù)據(jù)僅為32位數(shù)據(jù)（包括控制器標(biāo)志符等信息），因此本系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式采用標(biāo)準(zhǔn)幀格式。在實(shí)際調(diào)試中發(fā)現(xiàn)下層的控制器向上位機(jī)的傳遞數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)大于上位機(jī)下傳的數(shù)據(jù)量，因此在數(shù)據(jù)編碼時(shí)將控制信息、采樣數(shù)據(jù)編號(hào)信息和控制量、采集量均加載在數(shù)據(jù)字節(jié)里。由此CAN總線通訊協(xié)議的形式為：“ID號(hào)+數(shù)據(jù)+校驗(yàn)”，其中ID號(hào)為各DSP采集器編號(hào)，采用11位標(biāo)識(shí)符的前4位。為了保證通訊的可靠性，在數(shù)據(jù)接受后，都由一個(gè)返回幀來(lái)表示確認(rèn)，其校驗(yàn)位（占一個(gè)字節(jié)）為發(fā)送端的固定代碼。
CAN通訊系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，對(duì)于接受采用中斷的方式，要求系統(tǒng)對(duì)于接受到的數(shù)據(jù)必須馬上處理，以提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)特性，其程序流程圖見(jiàn)圖2。DSP上傳實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的發(fā)送采用定時(shí)查詢的方式，查詢ADC采樣是否結(jié)束并且進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理后，立即將數(shù)據(jù)通過(guò)CAN控制器裝載并發(fā)送到CAN總線上。
（2）CAN總線及RS232/CAN轉(zhuǎn)換模塊
評(píng)論