基于现场总线的开放式网络化数控系统的设计

应用程序层中运动控制单元的配置过程。

图5运动控制模块配置过程

　　2.3 控制器软件模型方法

　　数控软件与普通应用程序不同，它的计算模型逻辑上是串行的，但在实际卜却是宏观并行的。为了能详尽地描述参考模型的技术细节，采用了有限状态机的建模方法。

　　有限状态机是描述对象状态跃迁的模型方法。该模型包含3种基本元素。

　　(1)状态：对象保持相对稳定状态或持续相对单调行为的模式。

　　(2)处理过程：对象的行为，包括状态变化的过渡过程和系统特定状态下的持续行为。

　　(3)事件：引起对象状态变化的信息(包括其他对象的状态、发布的消息、标志位变化等)。

　　状态机可以实现主要状态问的跃迁过程并被周期型地激活。其激活方式有：周期性中断服务程序；进程、线程服务程序；单线程模型中循环执行程序体等。图6以直线插补为例，展示状态机的应用。由于状态机模型从逻辑卜可以分层次嵌套，因此该模型可以描述行为更加复杂的对象。

图6简单直线插补对象状态机型

3 基于设备故障诊断网的上层网络

　　如图7所示，系统采用分层结构，即现场监控层、局域网监控诊断层和远程监控诊断的三级C／S结构。

图7上层网络结构

　　3.1 现场监控层

　　了解和掌握机床的运行状态，按照用户设定的监控策略有选择地对机床的主轴驱动功率、扭矩、电压、电流和主要工作部位的动态信号进行多参数在线监测和分析。结合历史数据对设备运行状态进行评估，并进行显示和记录。当机床有轻微异常时发出报

　　警提示，以便运行人员及时进行处理；当处于严重异常状态或异常状态达到一定时间而操作人员仍然没有处理时，自动实行保护措施。对于复杂的以及需要作进一步处理的监测状况，则把信息和数据传送给上层网络，由上层功能强大的计算机进行处理。安装在本地控制器上的监控工作站实现现场监控层和上层网络的连接。监控工作站实际上是一套安装在本地数控系统上的客户端数据传输软件。该软件可按照用户要求采集机床指定位置卜-的传感器信号，按照设定好的阈值参数，将待诊断数据和其之前、之后的2N个数据送入上层的监控诊断网和远程监控网。

　　3.2 监控诊断管理层

　　负责整个系统的监控和管理。层中的每一个节点即为在线监测与故障诊断网络系统的一个客户。这些客户单元直接被厂长、总工程师等人员以及总调度室等部门使用。监控管理层可以与数据库、现场监控层进行双向联系。可根据客户需求进行相应组态设置。数据库服务器设在本层，它的任务是根据具体情况建立实时数据库，分配存储空间，保存采集到的数据。根据用户的设置，有选择地把实时数据库中的数据存入历史数据库中，以供进一步分析与诊断。数据库层还可对数据库进行定期处理与维护，如删除无用信息，定期备份等。还可生成时报、班报、日报、周报、月报和年报等运行报表。

　　3.3 远程诊断层

　　通过Internet与监控诊断层连接。远程专家通过输入账号与密码登录数据库服务器，读取各种数据，运行客户端诊断软件进行故障的分析与诊断。最后将诊断结果返回客户端。

　　文中设计的方案已成功应用于TDNC40A四轴加工中心，如图8所示。

图8 TDNC40A四轴加工中心

4 结语

　　试验证明系统工作稳定可靠。基于PC的控制器，既充分地利用了微软操作系统的强大功能又通过引入RTX系统改善了桌面操作系统实时性不强的不足。组件技术的应用，使各种开发工具开发的组件和应用程序以及组件与组件之问可以进行互操作，能方便地建立可伸缩的应用系统。现场总线的应用实现了数控系统底层单元的灵活配置。此外，本文将故障监测和诊断技术与数控相结合，构建了层次化的可监控体系，开发了原型机，在数控系统网络化研究方面进行了一定探索。