专利名称：车间局域网内分布式数控机床的实时监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数控机床的实时监控系统，具体是一种车间局域网内分布式数控机床的实时监控系统。属于机械工程中的控制技术领域。
背景技术：
随着制造系统向集成化、网络化方向的发展，现代自动化柔性生产线(FMS)运行信息的准确性、一致性和实时性，直接关系到生产产品的质量、操作的安全等相关过程。数控机床(CNC)，一般作为生产线的主要组成部分，其运行状态很大程度上影响着整条生产线的运行。因此有效地对车间内多台分布式数控机床实时生产线车间范围内的监控是提高整条生产线有效运行的重要手段，并能进一步提高产品质量，提高生产效率和降低生产事故。
经文献检索发现，中国专利申请号为03113556.0，发明名称为基于制造现场的智能化远程网络监控系统，该专利申请提出了一种基于制造现场的智能化远程网络监控系统，对于为了能更有效地实时控制车间内的数控机床，该技术的针对性不强，无法对车床上刀具的位置进行监控；没有数控机床控制的历史运行数据的数据库记录；而且投入成本高，包括视频服务器、摄像头、数据采集器、485串口服务器等器材，实现结构复杂。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术中的不足和缺陷，提供一种车间局域网内分布式数控机床的实时监控系统，使其在离车间数控机床一定距离的车间主控室内，通过网络对多台分布式数控机床进行实时监控，该系统功能齐备，容易扩展，投入成本低。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括终端服务器或者串口扩展器，RS-232C串口通讯线，双绞线电缆，数控机床控制器，分布式数控(DNC)模块，主控计算机。主控计算机是有动态主机配置协议(DHCP)功能和TCP/IP协议，并且设有分布式数控模块的PC机，通过双绞线电缆与企业车间内部局域网连接，串口扩展器连接在主控计算机上，主控计算机主板设具有I/O接口的串口扩展卡，或者采用终端服务器，终端服务器通过双绞线电缆与企业车间内部局域网连接，数控机床控制器通过RS-232C串口通讯线与串口扩展器或者终端服务器连接。
所述的终端服务器，由主控计算机上的动态主机配置协议功能分配独立唯一的IP通信地址，终端服务器的端口通过RS-232C串口通讯线与数控机床控制器连接，终端服务器另一端通过双绞线电缆与企业内部车间局域网连接，生产所需的各数据库通过车间局域网与主控计算机连接。
当终端服务器改用串口扩展器，串口扩展卡与主控计算机上扩展槽相连，串口扩展卡上的COM串口通过RS-232C串口通讯线与数控机床控制器连接，主控计算机与生产所需的各数据库通过双绞线电缆与车间局域网连接。
可连接的数控机床的数量由终端服务器或者串口扩展器的数量以及终端服务器或串口扩展器上的COM串口数量共同决定。
本发明中的主控计算机是一般PC机或手提电脑装上自主开发的分布式数控模块形成的，该模块是多线程串口通信控制软件；通过分布式数控模块可以设置和改变终端服务器或者串口扩展器的端口数据通信参数等物理层通讯协议，结合封装的链路层协议和DNC应用层协议来控制对应的机床。
本发明中，机床运行出现的可能各种状态用0～15代码相应表示，动态生成数据库进行存储，数据库动态信息实时传回主控计算机控制界面，供监控者实时监控。同时数据库保存机床上刀具的信息，这些信息随着刀具的运行状态实时进行更新。
本发明中主要结合数控机床控制器通信RS-232协议和TCP/IP协议两种通信方式，分布式数控模块采用多线程串口通信方法，结合数据库技术，来对数控机床进行实时监控。串行通信由于接线少、成本低、使用方便，所以广泛使用。一般仪器的对外通信界面有RS-232、RS-485/422、GPIB、AC Ouput等。由于RS-232是一个使用相当久的标准，更由于它的容易性以及便宜的价格，因此有提供对外传输界面的仪器几乎都有提供RS-232的界面。因此，RS-232C通讯线能适用于车间内不同型号的数控机床，能方便实现对多种数控机床的通信连接。
与现有技术相比，增加了自行开发的具有可移值性的分布式数控模块和串口扩展器或终端服务器，采用RS-232C串口通讯线连接；省略了触摸屏计算机、485串口服务器、视频服务器、摄像头、无线HUB、数据采集器。同时采用集合数据库进行监控反馈，利用进度条显示或者反馈数据跳动，实现简单，成本低。
本发明的优点在于，通用性强，可以针对不同型号的机床；功能齐备，可以实现对机床的执行程序、机床复位、与机床进行数控(NC)程序互传、读取机床状态及刀具位置、选择程序加工及在机床上删除程序等主要的控制，以及机床故障诊断等，使得在实时监控机床上刀具运行状态的同时，提高机床设备的使用寿命和使用安全性；容易扩展，串口接口简单易用，移植性强，适用于不同的操作系统；投入成本低，实现的硬件结构简单，分布式数控模块自行开发。
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明中分布式数控模块的工作过程图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明包括终端服务器或者串口扩展器，RS-232C串口通讯线，双绞线电缆，数控机床控制器，分布式数控模块，主控计算机，主控计算机是设有分布式数控模块的PC机或者手提电脑，通过双绞线电缆与企业车间内部局域网连接，串口扩展器连接在主控计算机上，主控计算机主板设具有I/O接口的串口扩展卡，或者采用终端服务器，终端服务器通过双绞线电缆与企业车间内部局域网连接，数控机床控制器通过RS-232C串口通讯线与串口扩展器或者终端服务器连接。
串口扩展器或者终端服务器与数控机床的连接使用RS-232C串口通讯线，主控计算机或者其他生产所需要的数据库通过双绞线电缆与企业内部的局域网连接。主控计算机通过局域网和终端服务器或者串口扩展器的网络介质实现对数控机床进行控制。
当使用有终端服务器或者串口扩展器时，为了能对终端服务器或者串口扩展器进行配置，分布在企业局域网上的主控计算机要求能具备动态主机配置协议功能。为了具备动态主机配置协议功能，主控计算机上先安装Windows 2000Server/Advanced Server系统，同时主控计算机安装TCP/IP协议，并为其设置静态IP地址、子网掩码、默认网关等内容，最后在主控计算机上增加网络服务“动态主机配置协议”功能，这样主控计算机就能控制一段IP地址范围，终端服务器和串口扩展器就可以自动获得服务器分配的IP地址和子网掩码。
用串口扩展器时，主控计算机的主机板上必须带具有I/O接口的串口扩展卡。一台主控计算机能带串口扩展器的数量跟主控计算机带有的串口扩展卡的数量有关，串口扩展器能连接数控机床的数量跟串口扩展器上的COM串口数量有关，这样配置多台串口扩展器能实现对多台数控机床的连接；例如，可用MOXA公司的PCI型C320串口扩展卡，理论上可扩展出128个串口，就可以连接128台数控机床。串口扩展器与主控计算机的距离不远，基于考虑RS-232C串口通讯线的可靠传输距离，用串口扩展器的结构适用于车间规模不大，数控机床距离车间主控室不远的车间。
终端服务器的COM串口与数控机床通过RS-232C串口通讯线连接，终端服务器的另一端与企业局域网连接。企业局域网上可以连接多台终端服务器。终端服务器的数量和每台终端服务器上的COM串口数量决定可以控制的数控机床的数量。例如，连接2台Central Data公司的EL-160终端服务器，因为每台具有16个COM串口，这样可以同时连接32台数控机床进行数据传输。
由于终端服务器与企业车间内部局域网的连接是用双绞线电缆，所以终端服务器的位置可以放在车间内部比较任意的位置，这样结合RS-232C串口通讯线的连接通信可靠距离，应用终端服务器的结构可以面向比较大型、数控机床分布比较多的车间内部。
由于终端服务器配置了独立的IP通信地址，局域网上的任何一台有分布式数控模块的计算机都可以对制造单元中的任何一台机床进行控制。所以，车间内只有一个监控室进行监控时用串口扩展器，有多个监控室进行监控时用终端服务器。
主控计算机上具备分布式数控模块，该模块是多线程串口通信软件。分布式数控模块封装了网络协议的物理层、数据链路层、DNC应用层的协议，这样能对物理层通信参数进行配置，从指定的数据库中将选定机床的端口配置参数读出，对机床端口通信的COM端口、控制流、奇偶校验、波特率、传输数据位、停止位等进行重新设定，来控制对应机床实时通信的速度和效率；利用符合数控机床控制器通讯标准的LSV2协议进行主控计算机与机床的通讯，反馈主控计算机和数控机床通信的实时状态；数控机床实时完成主控计算机发送的控制命令的执行，读取刀具位置，本发明中设定的刀具位置是刀具的五坐标轴位置，其数值按第五轴到第一轴的顺序排列。
数控机床控制器返回的数控机床状态用代码0～15表示，具体为0Rewind(RWD)；1Alarm(AL)；2Rest(RST)；3Automatic OperationCurrently Stopped(SPL)；4Automatic Operation Currently Started(STL)；5Automatic Operation In Process(OP)；6Servo Ready(SA)；7CNCReady(MA)；8～11Not Used；12M00 Output(M00)；13M01 Output(M01)；14M02 Output(M02)；15M30 Output(M30)。数据库存储这些状态，对机床的状态进行实时监测和控制。
如图2所示，本发明中，网络结构、设备与分布式数控模块准备完毕后，就能对车间内的数控机床进行实时监控操作。在主控计算机上，利用分布式数控模块，从连接的现有数控机床数据库中选择要监控的数控机床，首先进行物理层的通讯参数配置，利用RS-232协议配置进行通讯的COM端口的各类参数，包括波特率、数据位、停止位、奇偶校验等；然后，在COM端口的参数设定完了后，利用封装的链路层的LSV2协议建立主控计算机与控制的机床的实时通讯；再在分布式数控模块中，配置DNC应用层的协议，这样可以完成各种不同的实时控制功能，例如，如果采用GE公司的FANUC DNC2协议可以完成31种不同的控制功能，包括下载程序到数控机床、从数控机床上传数控程序到主机、在机床中删除数控程序、读取刀具位置、读取机床状态、从机床选择加工零件的数控程序、执行数控程序、机床复位等等。各种控制的操作信息在车间主控室的主控计算机上以进度条或者其他图标方式表示，反馈给监控者，帮助其做出下一步的监控决策。
权利要求
1.一种车间局域网内分布式数控机床的实时监控系统，包括数控机床控制器，主控计算机，RS-232C串口通讯线，双绞线电缆，其特征在于还包括串口扩展器或者终端服务器，分布式数控模块，主控计算机有动态主机配置协议和TCP/IP协议、并且设有分布式数控模块的PC机，通过双绞线电缆与企业车间内部局域网连接，串口扩展器连接在主控计算机上，主控计算机主板设具有I/O接口的串口扩展卡，或者采用终端服务器，终端服务器通过双绞线电缆与企业车间内部局域网连接，数控机床控制器通过RS-232C串口通讯线与串口扩展器或者终端服务器连接。
2.根据权利要求1所述的车间局域网内分布式数控机床的实时监控系统，其特征是，所述的终端服务器，由主控计算机动态主机配置协议分配独立唯一的IP通信地址，终端服务器的端口通过RS-232C串口通讯线与数控机床控制器连接，终端服务器另一端通过双绞线电缆与企业内部车间局域网联系，生产所需的各数据库通过车间局域网与主控计算机连接。
3.根据权利要求1或2所述的车间局域网内分布式数控机床的实时监控系统，其特征是，当终端服务器改用串口扩展器时，串口扩展卡与主控计算机扩展槽相连，串口扩展卡上的COM串口通过RS-232C串口通讯线与数控机床控制器连接，主控计算机与生产所需的各数据库通过双绞线电缆与车间局域网连接。
4.根据权利要求1所述的车间局域网内分布式数控机床的实时监控系统，其特征是，主控计算机是PC机或者手提电脑装上分布式数控模块形成的，该模块有多线程串口通信控制功能，通过分布式数控模块设置和改变终端服务器或者串口扩展器的端口数据通信参数这些物理层通讯协议，结合封装的链路层协议和DNC应用层协议来控制对应的机床。
5.根据权利要求1所述的车间局域网内分布式数控机床的实时监控系统，其特征是，连接的数控机床的数量由终端服务器或者串口扩展器的数量以及终端服务器或串口扩展器上的COM串口数量共同决定。
全文摘要
一种车间局域网内分布式数控机床的实时监控系统，属于机械工程中的控制技术领域。本发明包括串口扩展器或者终端服务器，数控机床控制器，主控计算机，RS－232C串口通讯线，双绞线电缆，分布式数控模块，主控计算机为设有分布式数控模块的PC机，通过双绞线电缆与企业车间内部局域网连接，串口扩展器连接在主控计算机，主控计算机主板具有I/O接口的串口扩展卡，或者采用终端服务器，终端服务器通过双绞线电缆与企业车间内部局域网连接，数控机床控制器通过RS－232C串口通讯线与串口扩展器或者终端服务器连接。本发明提高了对车间数控机床运行状态的实时监控，可实现生产任务的远程实时控制进行，刀具状态实时检测和监测，简单可靠，实现成本低，节省成本。
文档编号H04L12/28GK1545263SQ20031010873
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月20日 优先权日2003年11月20日
发明者周炳海, 王世进, 刘金平, 余传猛, 杜世昌, 奚立峰 申请人:上海交通大学