基于總線和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開(kāi)放式可監(jiān)控?cái)?shù)控系統(tǒng)

　　應(yīng)用平臺(tái)由API構(gòu)成。該層除含有離散點(diǎn)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(hù)根據(jù)系統(tǒng)軟件平臺(tái)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(kāi)發(fā)采用組件技術(shù)。每個(gè)組件可單獨(dú)開(kāi)發(fā)，單獨(dú)編譯，甚至單獨(dú)調(diào)試和測(cè)試。當(dāng)所有組件開(kāi)發(fā)完畢后，用戶(hù)可以在開(kāi)發(fā)環(huán)境下把組件無(wú)縫集成形成數(shù)控系統(tǒng)。當(dāng)用戶(hù)需求發(fā)生變化或系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境改變時(shí)，只需對(duì)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\(yùn)動(dòng)控制單元配置過(guò)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(jì)

　　如圖5所示，系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)場(chǎng)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(jí)C/S結(jié)構(gòu)。

　　各層具體分工為:

　　(1)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層:了解和掌握機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)，按照用戶(hù)設(shè)定的監(jiān)控策略有選擇地對(duì)機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)功率、扭矩、電壓、電流和主要工作部位的動(dòng)態(tài)信號(hào)進(jìn)行多參數(shù)在線監(jiān)測(cè)和分析。結(jié)合歷史數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，并進(jìn)行顯示和記錄。當(dāng)機(jī)床有輕微異常時(shí)發(fā)出報(bào)警提示，以便運(yùn)行人員及時(shí)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(shí)間而操作人員仍然未加以處理時(shí)，自動(dòng)實(shí)行保護(hù)措施。對(duì)于復(fù)雜的以及需要作進(jìn)一步處理的監(jiān)測(cè)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(qiáng)大的計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。安裝在本地控制器上的監(jiān)控工作站實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層和上層網(wǎng)絡(luò)的連接。監(jiān)控工作站實(shí)際上是一套安裝在本地?cái)?shù)控系統(tǒng)上的客戶(hù)端數(shù)據(jù)傳輸軟件。該軟件可按照用戶(hù)要求采集機(jī)床指定位置上的傳感器信號(hào)，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(gè)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(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。層中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)即為在線監(jiān)測(cè)與故障診斷網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個(gè)客戶(hù)。這些客戶(hù)單元直接被廠長(zhǎng)、總工程師等人員以及總調(diào)度室等部門(mén)使用。監(jiān)控管理層可以與數(shù)據(jù)庫(kù)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層進(jìn)行雙向聯(lián)系?？筛鶕?jù)客戶(hù)需求進(jìn)行相應(yīng)組態(tài)設(shè)置。數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，分配存儲(chǔ)空間，保存采集到的數(shù)據(jù)。根據(jù)用戶(hù)的設(shè)置，有選擇地把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中，以供進(jìn)一步的分析與診斷。數(shù)據(jù)庫(kù)層還可對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行定期處理與維護(hù)，如刪除無(wú)用信息，定期備份等。還可生成時(shí)報(bào)、班報(bào)、日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)、年報(bào)等運(yùn)行報(bào)表。

　　(3)遠(yuǎn)程診斷層:通過(guò)Internet與監(jiān)控診斷層連接。遠(yuǎn)程專(zhuān)家通過(guò)輸入賬號(hào)與密碼登錄數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，讀取各種數(shù)據(jù)，運(yùn)行客戶(hù)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(hù)端。

3.2 軟件實(shí)現(xiàn)

　　3.2.1 服務(wù)器端軟件實(shí)現(xiàn)

　　數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器運(yùn)行的控制軟件是上層網(wǎng)的控制中心，它提供監(jiān)測(cè)、管理在線用戶(hù)的功能。軟件采用Socket技術(shù)，偵聽(tīng)各個(gè)客戶(hù)端的連接消息，向通過(guò)身份驗(yàn)證的客戶(hù)發(fā)送驗(yàn)證消息使其連上服務(wù)器，運(yùn)行相應(yīng)的客戶(hù)端軟件。需要特別指出的是，如果服務(wù)器控制軟件沒(méi)有運(yùn)行，分布在客戶(hù)端的診斷軟件將不能運(yùn)行。

　　3.2.2 客戶(hù)端軟件實(shí)現(xiàn)

　　分布在監(jiān)控診斷管理層中的各級(jí)節(jié)點(diǎn)單元以及遠(yuǎn)程的專(zhuān)家利用客戶(hù)端服務(wù)軟件，通過(guò)輸入相應(yīng)權(quán)限的用戶(hù)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(kù)服務(wù)器獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件，運(yùn)行信號(hào)分析診斷軟件進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器提供:時(shí)域(自相關(guān)、互相關(guān)等)、幅值域(參數(shù)計(jì)算、直方圖等)、頻域(相干、包絡(luò)譜、細(xì)化譜、傳函等)、時(shí)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(cè)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)、灰色預(yù)測(cè)等在線分析與故障診斷方法。

　　3.2.3 服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)

　　服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)包含監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)、原始數(shù)據(jù)庫(kù)、報(bào)表庫(kù)、故障庫(kù)等，其中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中包括廠級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)、車(chē)間級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)、設(shè)備級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)、零件數(shù)據(jù)庫(kù)，這些數(shù)據(jù)庫(kù)包含了監(jiān)測(cè)設(shè)備所有的信息，為監(jiān)測(cè)層中不同級(jí)別的客戶(hù)提供數(shù)據(jù)支持。

　　如圖6所示，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL2000，應(yīng)用程序用VC+十編寫(xiě)，直接調(diào)用ODBC API函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)。同時(shí)采用了安全性高、交互性強(qiáng)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(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了加密設(shè)置，外部程序訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)需先通過(guò)密碼校驗(yàn)。此外系統(tǒng)還增加了專(zhuān)門(mén)的管理機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)制定、審查、確定安全措施，設(shè)置用戶(hù)級(jí)別，設(shè)置用戶(hù)密碼保存密鑰、審閱審計(jì)記錄等。

4 結(jié)束語(yǔ)

　　本文監(jiān)控?cái)?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(qiáng)大功能又通過(guò)引入RTX系統(tǒng)改善了桌面操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的不足。組件技術(shù)的應(yīng)用，使各種開(kāi)發(fā)工具開(kāi)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)。現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用實(shí)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(cè)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(kāi)發(fā)了原型機(jī)，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。