摘要：介紹了應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用服務(wù)器/客戶機(jī)模式，利用套節(jié)字技術(shù)開發(fā)了相應(yīng)軟件，通過客戶機(jī)對(duì)服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)操作，完成了控制指令、加工代碼、加工狀態(tài)圖像及信息的發(fā)送和接收， 從而實(shí)現(xiàn)異地實(shí)時(shí)控制和監(jiān)視機(jī)床的加工過程。 關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床 網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù) 引言 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展， 網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)越來越引起大家的重視。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)結(jié)合起來， 從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制。 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)集機(jī)床技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、圖像技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等于一體， 通過Internet/ Intranet 對(duì)機(jī)床進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控， 可以使機(jī)床具有更大的柔性和可控性。網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)作為一種新興技術(shù)， 已經(jīng)引起了許多科研單位的廣泛關(guān)注[1～3] ， 多種類型的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)正在得到研究和開發(fā)， 有的基于Web 通訊平臺(tái)[4～6] ， 有的利用Socket 技術(shù)， 還有的基于CORBA 中間件技術(shù)等等，這必將給制造業(yè)的發(fā)展帶來一場(chǎng)有意義的變革。 本文介紹筆者開發(fā)的數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以Windows2000為開發(fā)平臺(tái)，用VisualC + + 工具開發(fā)，采用Windows Sockets ，實(shí)現(xiàn)了在局域網(wǎng)內(nèi)對(duì)機(jī)床的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。 1、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)現(xiàn) 1.1 TCP/IP簡(jiǎn)介 所謂TCP/IP只是一個(gè)簡(jiǎn)稱， 分別指網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IP（Internet Protocol） 及傳輸控制協(xié)議TCP （ TransmissionControl Protocol） ， 是國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中兩個(gè)非常重要的通訊協(xié)議， 適用于任何一組互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上的通訊。 TCP/IP的結(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)分成四個(gè)層次， 分別是應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層。這將國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織（ ISO） 制定的開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模式（OSI） 的七層傳輸參考模式中的一些層面合并， 二者之間映射關(guān)系如圖1所示。 1.2 Windows Sockets 簡(jiǎn)介 基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)通信可以通過Windows Sockets來實(shí)現(xiàn)。套節(jié)字（ socket ）是一種通用的網(wǎng)絡(luò)編程接口， 它是對(duì)通信端點(diǎn)的一種抽象， 提供了一種發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的機(jī)制。 套節(jié)字目前有兩種：數(shù)據(jù)報(bào)套節(jié)字（ Datagram Sockets） 和流式套節(jié)字（Stream Sockets） 。我們采用流式套節(jié)字， 因?yàn)榱魇教坠?jié)字可以將數(shù)據(jù)按順序無(wú)重復(fù)地發(fā)送到目的地， 它提供的是一種可靠的面向連接的數(shù)據(jù)傳輸方式。 Windows Sockets 提供給引用程序開發(fā)者一套簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序接口， 應(yīng)用程序調(diào)用其接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)相互之間的通信。此外Windows Sockets 又利用下層的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議（如TCP/ IP） 功能和操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)際的通訊工作。它們之間的關(guān)系如圖2所示。 1.3 流式套節(jié)字的使用方法 流式套節(jié)字的使用方法是基于連接的協(xié)議， 在傳輸、接收數(shù)據(jù)之前必須先建立連接， 然后才能從數(shù)據(jù)流中讀出數(shù)據(jù)。 首先服務(wù)器要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)用于偵聽的套節(jié)字， 為該套節(jié)字分配地址之后， 調(diào)用listen （ ） 函數(shù)使它處于偵聽狀態(tài)； 客戶機(jī)在創(chuàng)建套節(jié)字完畢后， 為套節(jié)字分配地址， 然后調(diào)用connect （） 函數(shù)， 請(qǐng)求與服務(wù)器套節(jié)字連接； 服務(wù)器套節(jié)字在收到客戶機(jī)的連接請(qǐng)求后， 調(diào)用accept （） 函數(shù)， 該函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)用于連接的套節(jié)字。應(yīng)用該套節(jié)字和客戶機(jī)上的連接套節(jié)字，就可以在服務(wù)器和客戶機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸了。在結(jié)束傳輸之后， 雙方調(diào)用closesocket （ ） 函數(shù)關(guān)閉套節(jié)字。其使用方法如圖3所示。 2、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 2.1 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)原理 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)軟件運(yùn)行在客戶機(jī)上， 客戶機(jī)通過局域網(wǎng)和服務(wù)器連接。機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)在服務(wù)器中運(yùn)行，首先啟動(dòng)服務(wù)器的本機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)行初始設(shè)置后，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)控制狀態(tài)，打開偵聽套節(jié)字，等待客戶機(jī)的連接請(qǐng)求，待收到客戶機(jī)的連接請(qǐng)求后，對(duì)聯(lián)機(jī)信息進(jìn)行驗(yàn)證，如果符合聯(lián)機(jī)條件，則和客戶機(jī)建立連接， 雙方可以互相發(fā)送和接收信息或指令。服務(wù)器的數(shù)控系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)控制狀態(tài)下可以利用CCD 實(shí)時(shí)采集機(jī)床加工狀態(tài)圖像和參數(shù)，將圖像以位圖格式保存并定時(shí)發(fā)送到客戶機(jī)顯示加工狀態(tài)，將狀態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)發(fā)送到客戶機(jī)。在客戶機(jī)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)軟件中可以編輯數(shù)控加工代碼，然后將數(shù)控代碼傳遞到服務(wù)器中，并下載到PMAC 上等待控制指令。從客戶機(jī)向服務(wù)器發(fā)送機(jī)床加工控制指令，控制機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)接收服務(wù)器發(fā)送的信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視機(jī)床加工情況。通過遠(yuǎn)程控制程序， 客戶機(jī)還可在線修改機(jī)床加工參數(shù)，并能調(diào)試機(jī)床。 2.2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采用模塊化的硬件結(jié)構(gòu)，數(shù)控系統(tǒng)采用“PC + NC”結(jié)構(gòu)， PC 機(jī)采用奔4主機(jī)， NC部分采用開放式多軸運(yùn)動(dòng)控制器PMAC2-PCI；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用“服務(wù)器+ 客戶機(jī)”方式， 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行在服務(wù)器上， 網(wǎng)絡(luò)控制軟件運(yùn)行在客戶機(jī)上，服務(wù)器和客戶機(jī)通過網(wǎng)卡和通信電纜連接在Intranet/Internet上，數(shù)控機(jī)床上安裝CCD攝像頭，用來監(jiān)視機(jī)床加工情況，并通過圖像采集卡， 將機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)情況實(shí)時(shí)采集保存。該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。 2.3 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 友好的人機(jī)界面對(duì)于任何控制系統(tǒng)是不可缺少的。本系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)采用Windows 編程中的分隔視技術(shù)， 將數(shù)控系統(tǒng)人機(jī)界面分成二個(gè)子窗口。左邊的窗口為圖像顯示窗口，實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工過程的圖像監(jiān)視；右邊的窗口為網(wǎng)絡(luò)控制窗口， 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)與斷開、加工代碼編輯及發(fā)送、機(jī)床加工狀態(tài)參數(shù)顯示、機(jī)床在線網(wǎng)絡(luò)調(diào)試等功能。 軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳遞，為了保證數(shù)據(jù)及時(shí)傳遞，在軟件設(shè)計(jì)中采用了多線程技術(shù)，專門建立一個(gè)線程對(duì)采集的機(jī)床數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳遞。該系統(tǒng)的流程圖如圖5所示。數(shù)控代碼在客戶機(jī)上編輯好之后，可以一次性傳遞給服務(wù)器， 服務(wù)器將數(shù)控代碼保存到內(nèi)存中，然后在編譯執(zhí)行數(shù)控代碼?？刂浦噶畹膫鬟f可以隨時(shí)從客戶機(jī)傳遞到服務(wù)器，服務(wù)器接到指令后立即執(zhí)行。對(duì)于機(jī)床加工圖像和狀態(tài)參數(shù)的傳遞則要復(fù)雜一些。在服務(wù)器上，數(shù)控系統(tǒng)通過CCD攝像頭實(shí)時(shí)采集加工圖像，利用定時(shí)器在每一個(gè)周期內(nèi)將圖像保存為位圖文件，然后將位圖文件通過網(wǎng)絡(luò)傳遞到客戶機(jī)上，客戶機(jī)在接收完每一個(gè)位圖文件后，用定時(shí)器在每一個(gè)周期在圖像顯示窗口進(jìn)行刷新顯示，使加工圖像保持連續(xù)性。同時(shí)服務(wù)器上的數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集機(jī)床狀態(tài)參數(shù)，利用定時(shí)器每一個(gè)周期將以一定格式的數(shù)據(jù)傳遞到客戶機(jī)，客戶機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收后分析，再用定時(shí)器在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行更新顯示。為了避免位圖數(shù)據(jù)和參數(shù)數(shù)據(jù)在傳遞時(shí)的混亂現(xiàn)象，在服務(wù)器端采用中斷方法，在傳遞圖像數(shù)據(jù)時(shí)中斷參數(shù)數(shù)據(jù)的傳遞，等圖像數(shù)據(jù)傳遞完之后再傳遞參數(shù)數(shù)據(jù)，這樣就很好的解決了在數(shù)據(jù)傳遞過程中的占用通道的矛盾問題。 軟件在運(yùn)行過程中圖像顯示和參數(shù)更新會(huì)存在一定的滯后性，這與網(wǎng)絡(luò)傳遞的速度以及數(shù)據(jù)量的大小有一定關(guān)系。 3、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)演示 圖6為開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在局域網(wǎng)內(nèi)對(duì)機(jī)床加工進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的演示情況。通過試驗(yàn)可以看出，控制命令和狀態(tài)數(shù)據(jù)的傳遞實(shí)時(shí)性較好，可以滿足實(shí)際控制的需要；加工狀態(tài)的圖像顯示刷新速度較慢，實(shí)時(shí)性稍差，圖像顯示具有跳躍性，需要進(jìn)一步提高圖像顯示的流暢性。 4、結(jié)論 本文具體介紹了一套應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)， 基于TCP/IP通訊協(xié)議，利用Socket （套節(jié)字） ，建立服務(wù)器/ 客戶機(jī)模式，裝有數(shù)控系統(tǒng)的主機(jī)作為服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)控制端作為客戶機(jī)。通過客戶機(jī)對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制和調(diào)試， 可以使機(jī)床具有更大的柔性和可控性。該系統(tǒng)可以異地實(shí)時(shí)操作機(jī)床， 基本達(dá)到動(dòng)態(tài)調(diào)試和監(jiān)控機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)情況的目的，為機(jī)床控制和調(diào)試技術(shù)提供了高效的途徑，具有一定的實(shí)用性和價(jià)值。 參考文獻(xiàn) 【1】韓　江等1 網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)的概念及其技術(shù)內(nèi)容1 中國(guó)機(jī)械工程， 2001 （10） ： 1141～11441 【2】張　潔等1 智能化數(shù)控加工單元的遠(yuǎn)程操作與控制系統(tǒng)1 中國(guó)機(jī)械工程， 1998 （12） ： 753～7561 【3】周　奇等1 基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控制造技術(shù)1 機(jī)電工程，2002 ， 19 （5） ： 57～611 【4】賈振原等1 遠(yuǎn)程控制快速成型加工技術(shù)研究1 大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2001 ， 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