基于總線和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開放式可監(jiān)控數(shù)控系統(tǒng)

　　應(yīng)用平臺由API構(gòu)成。該層除含有離散點I/O設(shè)備API、采集設(shè)備API、位置控制API、總線接口API等接口外，還包含用戶根據(jù)系統(tǒng)軟件平臺提供的API自定義功能組件以及總線協(xié)議轉(zhuǎn)換API。

　　應(yīng)用程序由若干依據(jù)數(shù)控系統(tǒng)功能劃分出的軟件模塊構(gòu)成。軟件模塊的開發(fā)采用組件技術(shù)。每個組件可單獨開發(fā)，單獨編譯，甚至單獨調(diào)試和測試。當(dāng)所有組件開發(fā)完畢后，用戶可以在開發(fā)環(huán)境下把組件無縫集成形成數(shù)控系統(tǒng)。當(dāng)用戶需求發(fā)生變化或系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境改變時，只需對受影響的組件進(jìn)行修改、重組就能得到新的數(shù)控系統(tǒng)。

　　圖4為應(yīng)用程序?qū)又羞\動控制單元配置過程。

3 基于設(shè)備故障診斷網(wǎng)的上層網(wǎng)絡(luò)

　　3.1 上層網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　如圖5所示，系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)場監(jiān)控層(Infranet)、局域網(wǎng)監(jiān)控診斷層( Intranet)和遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷(Internet)的3級C/S結(jié)構(gòu)。

　　各層具體分工為:

　　(1)現(xiàn)場監(jiān)控層:了解和掌握機床的運行狀態(tài)，按照用戶設(shè)定的監(jiān)控策略有選擇地對機床的主軸驅(qū)動功率、扭矩、電壓、電流和主要工作部位的動態(tài)信號進(jìn)行多參數(shù)在線監(jiān)測和分析。結(jié)合歷史數(shù)據(jù)對設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行評估，并進(jìn)行顯示和記錄。當(dāng)機床有輕微異常時發(fā)出報警提示，以便運行人員及時進(jìn)行處理;當(dāng)處于嚴(yán)重異常狀態(tài)或異常狀態(tài)達(dá)到一定時間而操作人員仍然未加以處理時，自動實行保護(hù)措施。對于復(fù)雜的以及需要作進(jìn)一步處理的監(jiān)測狀況，則把信息和數(shù)據(jù)傳送給上層網(wǎng)絡(luò)，由上層功能強大的計算機進(jìn)行處理。安裝在本地控制器上的監(jiān)控工作站實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控層和上層網(wǎng)絡(luò)的連接。監(jiān)控工作站實際上是一套安裝在本地數(shù)控系統(tǒng)上的客戶端數(shù)據(jù)傳輸軟件。該軟件可按照用戶要求采集機床指定位置上的傳感器信號，按照設(shè)定好的閡值參數(shù)，將待診斷數(shù)據(jù)和其之前、之后的2N個數(shù)據(jù)送入上層的監(jiān)控診斷網(wǎng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)。

　　(2)監(jiān)控診斷管理層:負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。層中的每一個節(jié)點即為在線監(jiān)測與故障診斷網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個客戶。這些客戶單元直接被廠長、總工程師等人員以及總調(diào)度室等部門使用。監(jiān)控管理層可以與數(shù)據(jù)庫、現(xiàn)場監(jiān)控層進(jìn)行雙向聯(lián)系?？筛鶕?jù)客戶需求進(jìn)行相應(yīng)組態(tài)設(shè)置。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器設(shè)在本層，它的任務(wù)是根據(jù)具體情況建立實時數(shù)據(jù)庫，分配存儲空間，保存采集到的數(shù)據(jù)。根據(jù)用戶的設(shè)置，有選擇地把實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫中，以供進(jìn)一步的分析與診斷。數(shù)據(jù)庫層還可對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行定期處理與維護(hù)，如刪除無用信息，定期備份等。還可生成時報、班報、日報、周報、月報、年報等運行報表。

　　(3)遠(yuǎn)程診斷層:通過Internet與監(jiān)控診斷層連接。遠(yuǎn)程專家通過輸入賬號與密碼登錄數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，讀取各種數(shù)據(jù)，運行客戶端診斷軟件進(jìn)行故障的分析與診斷。最后將診斷結(jié)果返回客戶端。

3.2 軟件實現(xiàn)

　　3.2.1 服務(wù)器端軟件實現(xiàn)

　　數(shù)據(jù)庫服務(wù)器運行的控制軟件是上層網(wǎng)的控制中心，它提供監(jiān)測、管理在線用戶的功能。軟件采用Socket技術(shù)，偵聽各個客戶端的連接消息，向通過身份驗證的客戶發(fā)送驗證消息使其連上服務(wù)器，運行相應(yīng)的客戶端軟件。需要特別指出的是，如果服務(wù)器控制軟件沒有運行，分布在客戶端的診斷軟件將不能運行。

　　3.2.2 客戶端軟件實現(xiàn)

　　分布在監(jiān)控診斷管理層中的各級節(jié)點單元以及遠(yuǎn)程的專家利用客戶端服務(wù)軟件，通過輸入相應(yīng)權(quán)限的用戶名和密碼登錄系統(tǒng)后，即可連上位于監(jiān)控診斷層的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件，運行信號分析診斷軟件進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器提供:時域(自相關(guān)、互相關(guān)等)、幅值域(參數(shù)計算、直方圖等)、頻域(相干、包絡(luò)譜、細(xì)化譜、傳函等)、時頻分析(STFT、小波分析、小波包分析等)、聲學(xué)分析、模態(tài)分析、線性回歸預(yù)測、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測、灰色預(yù)測等在線分析與故障診斷方法。

　　3.2.3 服務(wù)器數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)

　　服務(wù)器數(shù)據(jù)庫包含監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、原始數(shù)據(jù)庫、報表庫、故障庫等，其中監(jiān)測數(shù)據(jù)庫中包括廠級數(shù)據(jù)庫、車間級數(shù)據(jù)庫、設(shè)備級數(shù)據(jù)庫、零件數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)庫包含了監(jiān)測設(shè)備所有的信息，為監(jiān)測層中不同級別的客戶提供數(shù)據(jù)支持。

　　如圖6所示，數(shù)據(jù)庫采用SQL2000，應(yīng)用程序用VC+十編寫，直接調(diào)用ODBC API函數(shù)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問。同時采用了安全性高、交互性強的3層CJS結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)管理模式。系統(tǒng)不僅增加了防火墻，還對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了加密設(shè)置，外部程序訪問數(shù)據(jù)庫時需先通過密碼校驗。此外系統(tǒng)還增加了專門的管理機構(gòu)，負(fù)責(zé)制定、審查、確定安全措施，設(shè)置用戶級別，設(shè)置用戶密碼保存密鑰、審閱審計記錄等。

4 結(jié)束語

　　本文監(jiān)控數(shù)據(jù)系統(tǒng)，基于PC的控制器，既充分地利用了微軟操作系統(tǒng)的強大功能又通過引入RTX系統(tǒng)改善了桌面操作系統(tǒng)實時性不強的不足。組件技術(shù)的應(yīng)用，使各種開發(fā)工具開發(fā)的組件和應(yīng)用程序以及組件與組件之間可以進(jìn)行互操作，能方便地建立可伸縮的應(yīng)用系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線的應(yīng)用實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)底層單元的靈活配置。另外，本文將故障監(jiān)測和診斷技術(shù)與數(shù)控相結(jié)合，構(gòu)建了層次化的可監(jiān)控體系，開發(fā)了原型機，在數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化研究方面進(jìn)行了一定的探索。