（测试计量技术及仪器专业论文）基于labview的数控机床网络测控系统.pdf

、一 ，- 上上l t ：i 西华大学学位论文独创性声明 75 0 0 4 4 2 眦y 1 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 黝p 嬲萨 西华大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于西华大学，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，西 华大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。( 保密的论文在解 密后遵守此规定) 学位论文作者签名：王的娜 日期：沙o 占c 指导教师签名_ 认 日期咖压。7 西华大学硕士学生论文 摘要 在当今计算机网络技术日益普及的情况下，网络化的测控系统迅速兴起，相关技术 种类繁多，而l a b v i e w 软件将虚拟仪器与网络技术相结合，丰富和发展了网络测控的 方法和手段。在网络化测控中，对采集数据的实时传输通信以及对远程数据库的访问是 解决数据采集和传输、存储的关键。同时，现代数控技术发展迅速，为了提高生产率、 产品质量、降低成本，现代网络化集成化加工越来越受到重视，将远程测控系统应用到 数控机床加工领域具有迫切的现实意义。 本文比较全面而系统地研究了基于l a b v i e w 环境下的数控机床网络化测控系统， 围绕这个课题完成了以下工作：首先分析了国内外基于l a b v i e w 的网络测控技术的现 状。在l a b v i e w 环境下构建了数控机床数据采集控制系统，研究实现出数据的采集、 分析与存储等功能，同时研究探讨工业测控中涉及到的工业总线技术。一般l a b v i e w 的采集卡驱动主要是针对n i 公司自己的板卡设计开发的，而n i 公司的板卡价格昂贵， 为了解决这个矛盾，本文提出和分析了l a b v i e w 与国产采集卡接口驱动的几种方法。 虚拟仪器实现网络通信方面，通过分析和比较l a b v i e w 网络通信的几种方法及各自的 应用场合，同时进行b s 和c s 通信模式的比较。结合着l a b v i e w 与远程数据库连接 的几种方法比较，利用d a t a s o c k e t 技术实现上、下位机的数据传送，再利用l a b s q l 工 具包实现与远程数据库数据访问，完成基于l a b v i e w 环境下的数控机床网络测控平台 的总体设计，进一步进行网络测控系统在数控机床位移定位精度和温度补偿中的应用研 究，结合d s c ( d a t a l o g g i n ga n ds u p e r v i o s r yc o n t r o lm o d u l e ) 模块和总线技术，基本上实现 了预期的目标，包括现场数据的采集、分析、存储以及远程访问等功能。 关键词：l a b v i e w ；数控机床；网络测控系统；网络通信 基于l a b v i e w 的数控机床网络测控系统 a bs t r a c t m a s t e rd e g r e ec a n d i d a t e ：w a n gl i n a s u p e r v i s o r ：f e il i n g a tp r e s e n t ，n e t w o r k e dm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o li st h ed e v e l o p m e n tt r e n do fm o d e r n m e a s u r e m e n ts y s t e m l a b v i e wa n di t sn e t w o r kc o m m u n i c a t i o nf u n c t i o n sw e r ei n t r o d u c e d h e r e a n dm e t h o d so fb u i l d i n gr e m o t em e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e mb a s e do nl a b v i e w e n v i r o n m e n tw e r ed e s i g n e di nd e t a i lb e l o w i nt h en e t w o r k e dm e a s u r e m e n ta n dc o n t r 0 1 t h ek e y t os o l v et h ed a t ac o l l e c t i o n t r a n s m i s s i o na n ds t o r a g ei st h er e a l t i m et r a n s m i s s i o n c o m m u n i c a t i o n so fc o l l e c t i n gd a t aa n dr e m o t ea c c e s st ot h ed a t a b a s e n i sp a p e rs y s t e m a t i c a l l ya n di n d e p t h l ys t u d i e do ft h ef o r t u n en e t w o r k e di n d u s t r i a l m e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e m ，a n da r o u n dt h es u b j e c tc o m p l e t e dt h ef o l l o w i n gw o r k ： f i r s t ，t h ep a p e ra n a l y z e dt h es t a t u so fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a ln e t w o r km e a s u r e m e n ta n d c o n t r o lt e c h n o l o g y s t u d i e dt h et c p u d p b a s e dn e t w o r k e dv i r t u a li n s t r u m e n tt e c h n o l o g y t h i sp a p e rc o n s t r u c t e dd a t aa c q u i s i t i o na n dc o n t r o ls y s t e mi nt h el a b v i e we n v i r o n m e n t a n dh a v er e s e a r c h e dt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ec l i e n t s i d ed a t ac o l l e c t i o n ，a n a l y s i s ，s t o r a g ea n d o t h e rf u n c t i o n s l a b v i e ws o f t w a r ep l a t f o r mg e n e r a l l ys u p p o r tt h en i so w nh a r d w a r e ，a n d n i sb o a r di se x p e n s i v e t h eo r d i n a r yu s e rc a nn o ta c c e p t i no r d e rt os o l v et h ec o n f l i c t so f g e n e r a la c q u i s i t i o nc a r da n dl a b v i e w d r i v e ri n t e r f a c e ，t h ep a p e rh a v ep r e s e n t e da n da n a l y z e d t h ed o m e s t i ca c q u i s i t i o nc a r da n dl a b v i e wi n t e r f a c ed r i v e r si ns e v e r a lw a y s t h i sp a p e rc o m p a r e dt h es e v e r a ln e t w o r kc o m m u n i c a t i o nm e t h o d so ft h el a b v i e wa n d t h e i ra p p r o p r i a t ea p p l i c a t i o n s t h ec sa n db sc o m m u n i c a t i o nm o d e lw e r eu s u a l l yu s e di n r e m o t em o n i t o r e dc o n t r o ls y s t e m s a n dt h e i rr e a l i z a t i o nb a s e do nl a b v i e wd e v e l o p m e n t p l a t f o r mw e r ea 1 1p r e s e n t e di nt h i sp a p e r m e a n w h i l et h i sp a p e ra n a l y z e dt h ec o n n e c t i o nm e t h o d so ft h el a b v i e wa n dr e m o t e d a t a b a s e u s e dt h ed a t a s o c k e tt e c h n o l o g yi nl a b v i e wt op e r f o r mt h ed a t at r a n s m i s s i o n a n a n dd i s p l a y i n gf u n c t i o nb e t w e e nt h em a s t e rc o m p u t e ra n ds l a v ec o m p u t e r u s e dt o o l k i ta n d a d 0 t e c h n o l o g yt or e a l i z et h ea c c e s st ot h er e m o t es o l s e r v e ri nt h em a s t e rc o m p u t e r t om e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h en e t w o r k i n gm a n u f a c t u r ea n dt r a d i t i o n a lm a n u f a c t u r e s i n f o r m a t i o nr e f o r m a t i o n ，t h er e m o t ec o n t r o ls y s t e mf r a m e w o r kf o rc n cm a c h i n eb a s e do nb s m o d e lh a sb e e np u tf o r w a r di nt h ep a p e r a n dc a r r i e do u tr e s e a r c h so fd i s p l a c e m e n ta c c u r a c y o f p o s i t i o n i n ga n dt e m p e r a t u r ec o m p e n s a t i o nt e c h n o l o g y n l es y s t e mc o m b i n e dd s c ( d a t a l o g g i n ga n ds u p e r v i o s r yc o n t r 0 1 ) m o d u l ea n db u st e c h n o l o g y ，a n dt h e nb a s i c a l l yh a s i i 西华大学硕士学位论文 a c h i e v e dd e s i r e dg o a l s ，i n c l u d i n gd a t ac o l l e c t i o n ，a n a l y s i s ，s t o r a g e ，a n dr e m o t em o n i t o r i n g f u n c t i o n ，e t c n e t w o r k e dm o n i t o r e dc o n t r o ls y s t e mb a s e do nl a b v i e wh a v e b e e np r o v e dt ob ea s i m p l e a n df l e x i b l em e t h o dt h r o u g hp r a c t i c e f i n a l l y ，w o r k e do nt h ed e s i g na n dd e v e l o pm e n t h o do f t h i ss y s t e ma n dt h er e s u l t so ft h es y s t e mt e s t i n ga r es u m m a r i z e d k e yw o r d s ：l a b v i e w ；c n cm a c h i n et o o l ；r e m o t em e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e m ； n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n i l i 基于l a b v i e w 的数控机床网络测控系统 目录 ；_ ，_ - - - 要i a b s t r a c t i i 1 绪 仑1 1 1 课题的背景和研究意义1 1 2 国内外研究现状3 1 2 1 网络虚拟仪器综述3 1 2 2 网络化工业测控技术现状4 1 3 本文的主要研究内容和结构安排6 1 3 1 课题研究的主要内容6 1 3 2 本文的结构安排6 2 数控机床网络测控系统的总体设计7 2 1数控机床网络测控系统的设计思路和目标7 2 2 数控机床网络测控系统的设计架构9 3 数控机床下位机测控系统硬件设计1 1 3 1工业数据采集与仪器控制技术研究1 1 3 2 下位机数据采集平台设计1 2 3 2 1 提高数控机床定位精度的位移补偿方法1 3 3 2 2 温度补偿技术研究1 6 3 3 通用数据采集卡的驱动设计1 8 3 3 1 基于l a b v i e w 的普通国产采集卡的驱动方法1 8 3 3 2 调用动态连接库d l l 的方式实现板卡驱动的设计1 9 3 4 测控系统总线技术分析2 2 3 4 1u s b & r s 2 3 2 独立总线2 2 3 4 2g p i b v x i p x l 模块化仪器总线2 2 3 5 本章小结2 4 4 数控机床远程测控系统的网络通信关键技术研究2 5 4 1 b s 结构与c i s 结构的比较2 5 4 2l a b v i e w 实现网络通信的方法研究2 6 4 2 1t c p 与u d p 通信技术2 7 4 2 2d a t a s o c k e t 技术3 1 i v 西华大学硕士学位论文 4 2 3 共享变量方法3 4 4 2 4 远程访问技术3 5 4 3l a b v i e w 连接远程数据库的技术研究3 8 4 3 1 利用a d o 技术访问数据库3 9 4 3 2利用l a b s q l 访问数据库4 1 4 3 3 利用l a b v i e ws q lt o o l k i t 访问数据库4 1 4 4 本章小结4 2 5 基于b s 模式的数控机床网络测控系统软件设计4 3 5 1 下位测控机的数据采集、显示及存储回放软件设计4 3 5 1 1 数控机床测控软件的结构化设计4 3 5 1 2 数据显示与存储回放程序的设计“4 4 5 1 3 数据记录监控模块d s c 的应用4 7 5 2 基于b s 模式的网络测控系统远程测控界面5 2 5 3 本章小结5 3 右 论5 4 参考文献5 5 攻读硕士学位期间学术论文及科研情况5 7 致 谢。5 8 v 、 i n s t r u m e n t d r i v e r s g p i bj 隹in 1k d i r e c t 0 仃0 融洒r 景u v c 产, a c t i v e x , 竺墼! 坠：兰，a 他dv a 呦e 基于l a b v i e w 的数控机床网络测控系统 l a b v i e w 主要用于开发数据检测、数据测量采集系统、工业自动控制系统合数据 分析系统等领域的专用软件开发平台。此外，l a b v i e w 强大的硬件驱动、图形界面表 示能力和便捷高效的图形化程序设计( g 语言) 也为过程控制和工业化应用提供了良好的 解决方案。使用它能够成倍地提高生产率，大大缩短项目的开发周期1 4 5 】，并且人机界面 直观友好，具有强大的数据可视化分析和仪器控制等特点。因此国内外许多单位己在相 当广泛地研究和采用l a b v i e w 应用到工业测控领域及其它的领域1 6 j 。 随着仪器仪表智能化程度和通信能力的不断提高，传统的集中测量正在向分柿式测 量转变，下位机测量也正在向远程测量转变。测控方式网络化，是测控技术发展的必然 趋势，l a b v i e w 具有强大的网络通信功能，用户可以容易地编写出具有强大网络通信 能力的l a b v i e w 应用软件，以实现远程测控。在当今网络技术与网络应用蓬勃发展的 形式下，研究如何实现以l a b v i e w 虚拟仪器技术为代表的测控系统的网络化应用，对 前述挑战( 3 ) 的解决将有着重要的意义，这也是当前国内外l a b v i e w 虚拟仪器系统应用 开发的一个热点吲。 现场总线与智能化测控仪器的连接，使得测控网络得以形成。现场总线网络是一种 由网络集成的自动化系统。由于现场总线适应了工业控制系统应具有分散化、网络化、 智能化等特点的需求，所以最近一二十年有了很大发展。同时许多国际组织，例如i e c 、 美国仪表学会( i s a ) 、i s p 、i f c 、和f i n t 等，多年来为制定现场总线标准做了大量工作， 结果出现了多种不同的现场总线标准，给各公司基于不同现场总线形成的测控网络之间 的互联又设置了不少障碍1 8 j 。因此，跨地域共享、利用测控信息的需求，与这种因基于 不同总线技术而不便于实现高层次集中管理、监控和决策之间的矛盾日趋明显。 2 l 世纪是数字化的时代，数字化工程推动国家经济各个领域技术的进步，数控技术 是数字化技术在机械制造业应用的高新技术，是机械加工业向现代化发展的关键技术。 作为数控技术的典型应用对象数控机床( c n c ) ，其高度的自动化、高速度和高精 度必然将对数控机床及相关设备和装置提出更高的要求。对这类设备运行的监测是至关 重要的一个环节，对于一个现代化企业而言，采用基于现场总线的分布式网络测控技术 是一种先进而实用的技术之一，它能掌握信息的快速流动，提高信息交流的效率，高效 地解决设备分散和异构性问题，及时掌握现场设备的运行状态。因此，当今的c n c 不 仅是生产车间的基础设备，也是制造网络的一个功能节点，它的通讯范围很广，包括： 与上传主机之间通过以太网交换信息；与控制系统服务中心之间通过i n t e r n e t 传递 维护资料；通过i n t e r n e t 作为对外加工的代理，交换设计以及制造加工的数据等； 通过现场总线与车间其它现场设备及i o 装置通讯。 2 西华人学硕士学位论文 随着数控机床( c n c ) 技术的发展，数控系统的存储容量和计算速度大为提高，逐 渐趋向于自动化控制，强调信息的集成和信息流的自动化，由一台计算机或多台计算机 控制多台数控机床，即分布式数字控带t j ( d i s t r i b u t c dn u m e r i c a lc o n t r o l ，简称d n c ) 。d n c 不但具有直接数字控制的功能，而且具有远程信息收集、系统状态监视以及系统控制功 能。如果利用高速i n t e r n e t e t h e r n e t 来取代现场总线，使原来现场总线的分布式控制系统 方便地转换成为基于i n t e m e t e t h e r n e t 的网络控制系统，这将是一件非常令人兴奋的事。 因为基于i n t e r n e t e t h e r n e t 的分布式测控系统在系统的可维护性、扩充性、成本的廉价性、 可升级性，以及最大范围的应用性上有着无可比拟的优势。网络化的数控机床技术可以 获得监控现场数据，这对于需要获得第一时间数据的工程来说是极为重要的，远程网络 测控技术的实现也意味着各种异地资源通过连接的方式，实现了资源共享。本课题正是 适应数控机床远程测控的发展趋势。对数控系统运行状态进行综合测试，在i n t e r n e t 上 对运行状态进行监测，具备一定的实际意义和应用价值。 总之，随着工业测控技术和自动化控制技术的飞速发展，需要改变传统的数控机床 测控模式向工业领域提供一个更高效、更安全、更快捷的远程网络测控服务模式。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 网络虚拟仪器综述 网络虚拟仪器就是虚拟仪器在网络领域的拓展，另称远程虚拟仪器。远程虚拟仪器 能通过i n t e m e t e t h e r n e t 相连的远端获得动态数据或将控制信号传送到远端，使在下位机 p c 上监控远端成为可能。由此可见利用网络技术组建远程虚拟仪器系统，可以使信息 采集、传输和处理一体化，一方面可以使许多昂贵的硬件资源得以共享，同时还便于测 试系统的扩展和测试效率的提高。 基于l a b v i e w 的远程虚拟仪器系统主要具有以下特点【9 】： 低成本；不受地域限制的过程监控；通用性；易于扩展。 远程虚拟仪器的优势在于不受地域限制，功能可由用户自己定义，且构建容易，所 以应用面极为广泛，是科研、开发、测量、检测、计量、测控等领域不可多得的好工具， 更值得一提的是它可应用在高危险的区域进行在线的数据采集和监测。使测量人员的工 作不但摆脱了地理位置和条件的限制，还可以通过i n t e m e t e t h e m e t 把所采集到的数据自 动地转送到另一台计算机进行评估。 虚拟仪器网络化就是将虚拟仪器、昂贵的外部设备、被测试点以及数据库等资源纳 入网络，实现资源共享，共同完成测试任务，人们可以在任何地点、任何时间获得测量 的信息数据。网络化的虚拟仪器一般包括：网络操作系统、虚拟仪器、分散的 o 系统 基于l a b v i e w 的数控机床网络测控系统 模块、数据采集卡和控制器。网络化的虚拟仪器将在一台计算机上实现的数据采集、数 据分析以及图形化显示三大功能分开处理，分别使用独立的硬件模块，以网络相连接， 测试网络的功能将远远大于系统中各部分独立的功能。一台计算机采集的数据可以立即 传输到另一台计算机上进行处理，分析后的结果可以被执行机构或用户查询使用，使采 集、传输、处理分析成为一体，容易实现实时采集、实时监测，重要的数据实现远程数 据库备份，提高系统的可靠性。各大虚拟仪器公司都在致力于研究网络化的虚拟仪器开 发平台。虚拟仪器技术与网络技术的结合，促进了虚拟仪器的应用发展，丰富了它的测 试手段，提高它的测控的效率，使虚拟仪器的技术的应用领域不断扩大。目前国内在基 于虚拟仪器的网络测控系统方面与国外还有一定的差距，还只是将i n t e r n e t 应用于工业 控制中的信息层面，国外已经将i n t e r n e t 应用于控制层面了。 1 2 2 网络化工业测控技术现状 随着i n t e m e t 应用范围和空间的不断拓展以及控制网络本身发展的需要，一种新的 基于i n t e m e t 的测控信息网络的产生己势不可挡。网络化的测控系统可以实现资源共享， 使现有的资源得到充分的利用，测控系统能够被多用户使用，可以实现多系统、多专家 的协同测试与诊断。网络化虚拟仪器不同于信息网络，它的主要应用不是为了一般信息 的交流与共享，而是用于远方测控与测量数据的传输与通信。 网络测控是以信息处理为核心，以智能节点为基础，以信息网络为框架，将系统中 所有测控设备、计算机、数据库通过网络连接在一起，组成一个测控网络，形成一个数 据共享的有机整体。它是将通信网络技术、自动化测控技术、计算机技术融合在一起的 一门前沿学科，其特点是实现信息的共享、实现远程的控制、实现最佳控制和个性化测 控，可以将测控和科学化管理结合在一起。目前网络测控有以下几种类型1 1 0 l ： ( 1 ) 利用专线的远程测控系统； ( 2 ) 利用公用电话的远程测控系统； ( 3 ) 基于r s 4 8 5 总线的分布式测控系统； ( 4 ) 工业现场总线测控系统； ( 5 ) 基于i n t e r n e t 的网络测控系统。 基于i n t e m e t 的测控系统这类网络化仪器的规模可大可小，可用于城市污水处理监 测，水文监测，电、水、燃气、热量等的综合计量管理，智能住宅小区监控，家用电器 网络化管理，大型工业企业的m i s 等等【1 1 】。把现场总线技术、测控技术、i n t e r n e t 技术 有机地结合在一起，在国内外已经有了研究和应用，但是他们的研究还存在一定的不足， 要么只用到了其中的一个或者两个技术。要么是用到了三个技术，但是它们的应用范围 比较窄，往往应用在比较专业的领域里面，比如，电力监控系统、楼字的智能保安系统 4 西华大学硕士学位论文 等。把这三大技术结合在一起，应用到我们的基础工业里面，应该说还处于初级阶段。 不过在国内已经有个别学者在此方面进行了探索研究，比如说，东南大学易红等人已经 对基于w e b 和现场总线的数控系统远程监控进行了研究，也有不错的实验结果，但是 在测控系统方面他们采用的是智能硬件仪器，在应用范围上和价格上有一定的局限性。 所以本文就把这三大技术应用到基础工业领域中比较重要的方面数控机床，并且在 测控系统方面是基于l a b v i e w 虚拟仪器技术进行下位机数据采集，开发成本低，方便， 无疑是一个比较有发展前途的课题。基于i n t e r n e t 的数控机床网络测控平台一般采用c s 或b s 方式，网络通信协议是以t c p 或u d p 传输协议为基础。虚拟仪器平台通常会有 很多网络方面的功能模块，组建网络虚拟仪器系统较容易。l a b v i e w 系统平台提供了 共享数据d a t a s o c k e t 技术、远程控制v is e r v e r 技术和网络发布w e b 服务器技术【1 2 】。 随着生产过程自动化的飞速发展和精密加工的广泛应用，对数控机床( c n c ) 加工 精度的要求日益提高，柔性制造系统( f m s ) 和柔性制造单元( f m c ) 更是提出了机床加工 过程中各种误差的自动监测和自动补偿问题。目前，误差的检测、显示、监控问题已成 为机械加工特别是精密加工和超精密加工中的瓶颈问题【1 3 , 1 4 】。 同时随着现代工业对数控机床要求的提高，我国机床行业面临着紧迫的两难问题： 一方面，若维持现有成本价格，就无法满足主要用户对机床精度的需求：另一方面，若 从根本上提高数控机床的制造精度，无疑将导致生产成本的大幅上升，影响用户购买的 积极性。针对我国数控机床生产和应用的具体情况，如何经济有效地提高数控机床的精 度是一个极具研究价值的课题。特别是若能在装配联机调试之前快速、准确的测知数控 系统的运行精度，把数控系统出现故障的可能性在联机调试之前就予以消除，将大大提 高数控机床的装配调试效率。为提高精度，同时有考虑到更换设备仪器的成本太高。本 文通过误差补偿的方法来提高精度。原来的对机床参数静态参数检测，没有对机床运动 过程的参数进行分析。同时本文结合虚拟仪器网络测控系统实时地监控机床整个运动过 程伺服电机消耗电流及与机床位移的关系，来分析判断机床的运动状态。用户可以在网 络上的任意节点对设备的运行状态进行观测和对设备出现的异常状态进行诊断。通过分 析机床的定位位移误差，对机床的位移参数进行补偿来提高精度。温度参数也是影响精 度的一个很重要的参数，通过实时的采集到的温度，对温度环境进行补偿。误差补偿技 术只针对机床最终出现的误差予以自动修正，而不需对机床的结构和制造工艺作重大变 更，所需费用低且调整简便，切合我国国情，因而成为提高机床加工精度的良策【1 5 , 1 6 】。 5 基于h b 、的数控机床网络测控系统 1 3 本文的主要研究内容和结构安排 1 3 1 课题研究的主要内容 本论文开发的系统集成数控机床技术、控制技术、虚拟仪器技术、检测技术、计算 机软件技术、网络技术、信号处理技术于一体，可通过i n t c r n c t e t h e m e t 对数控机床进行 远程监控，可以使机床具有更大的柔性和可控性。本文侧重点在于研究网络测控技术及 其数控机床应用实现和位移精度测试和温度补偿方法的研究。本论文主要研究和解决了 数控机床网络测控系统以下几方面的问题： 在l a b v l e w 环境下构建数控机床远程网络数据采集控制系统，实现现场数据的 采集、分析、存储以及历史数据回放和远程测控。 利用l a b v i e w 的d a t a s o c k e t 技术实现上下位机的数据传送，利用l a b s q l 工具 包实现与远程数据库数据访问。 建立w e b 数据库服务器，实现采集数据的远程信息发布，达到数据共享目的。 解决国产采集卡与l a b v i e w 软件接口驱动的问题。 本文就提高数控机床精度方面，将网络测控系统应用在数控机床位移定位精度 和温度补偿中，结合网络测控技术对数控机床的运动过程中的位移、消耗的电流、温度 及位移与消耗电流的关系做了分析，进行误差补偿，通过软件分析控制来提高数控机床 的精度。当然在整个数控机床工作过程中的环境参数影响因素很多。由于笔者的水平和 时间有限的原因，这里只就数控机床的位移定位精度、温度、消耗功率等参数做具体详 细的讨论与分析。 1 3 2 本文的结构安排 文章分为五个章节 第一章：引言部分主要是讲述课题的研究背景、意义及网络测控系统的应用现状。 第二章：数控机床网络化测控系统的总体设计。 第三章：基于l a b v i e w 的数控机床下位机测控硬件平台的构建。 第四章：数控机床远程测控系统的网络通信关键技术研究。 第五章：设计实现了整个数控机床网络测控软件系统，并进行了性能分析与总结。 结论部分。 6 西华大学硕士学位论文 2 数控机床网络测控系统的总体设计 2 1 数控机床网络测控系统的设计思路和目标 随着测控网络与信息网络的融合，一方面，人们希望更广泛的使用i n t e ：r n e t ，试图 接入更多的设备，以便在扩充其应用模式的同时享受其带来的更多便利；另一方面，工 业化程度的加剧也给测控网络系统的发展提出了新的问题：如何方便地组建一个高效率 的、智能化的、能够和其他高层网络互联的测控网络系统。以便于统一集中监控和提高 管理决策水平。为了达到这些目的，需要测控网络和信息网络在一定程度上能够共享资 源，并且以有效的方式交换信息。所以，从测控网络和信息网络各自的发展来看，它们 均己表现出走向对方并相互融合的进步趋势。为了实现这种融合，十分必要研究如何保 证它们之间在一定范围内能具有良好的交换性、各自的独立性和安全性。下面来讨论测 控网络和信息网络互联的具体实现【1 7 】。 网络化工业测控系统是电子、计算机硬件软件以及网络、通信等多方面技术的有机 组合体，以智能化、网络化、交互性为特征，结构比较复杂，多采用体系结构来表示其 总体框架和系统特点【l8 1 。网络化工业测控系统的体系结构，包括基本网络系统硬件、应 用软件和各种协议。根据前述的分析，可以将信息网络体系结构内容( o s i 七层模型) ， 相应的测量控制模块和应用软件，以及应用环境等有机地结合在一起，形成一个统一的 网络化工业测控系统体系结构的抽象模型。该模型可反映网络化工业测控系统具有的信 息采集、存储、传输和分析处理的原理特征。图2 1 是网络化工业测控系统体系结构图。 应用层 软件层 链路层、网络层、传输层 硬件平台 图2 1网络化工业测控体系结构图 f i g 2 1 n e t w o r km e a s u r e m e n ta r c h i t e c t u r ed i a g r a m 该结构模型将网络化工业测控系统划分成若干逻辑层，各逻辑层实现特定的功能。 基于l a bl e的数控机床网络测控系统 首先是硬件层，主要是指远端的传感器信号采集单元包括微处理器系统，信号采集 系统，硬件协议转换和数据流传输控制系统。网络化工业测控系统的另一个逻辑层主要 由链路层、网络层、传输层和接口等组成。该层的主要功能是提供一个控制信号采集和 数据流传输的平台。除上述两逻辑层外，网络化工业测控系统还不可缺少的是应用层。 根据需要，提供h t t p 、f t p 、t f t p 、s m t p 等服务。其中，h t t p 用以实现w e b 仪器 服务：f t p 和t f t p 用于实现向用户传送数据，从而形成用户数据库资源；而s m t p 则 用来发送各种确认和告警信息。如此，就可很容易地组成不同使用权限的系统。低级用 户无需自己再安装任何应用软件，直接利用i e 或n e t s c a p e 等浏览器浏览数据，就可实 现对测量数据的观测。高级用户可经由网络修改配置来控制仪器在不同仪态下的运行； 经网络传来的数据，可交由专门数据处理软件分析，以实现最优化的决策和控制，以实 现如m i s 应用等。具体的网络化工业测控系统实现时需具备以下条件： ( 1 ) 由于测控系统嵌入式的特殊性，以及它在不同应用场合和项目中所要完成的功 能各异，故应将测控网络与信息网络有机地融合为一体。在某些应用中，现行的各种现 场总线在某种意义上可看作是对i s o o s i 模型的简化，但它们简化的标准各异，所以并 不能直接应用于i n t e r n e t 接入。比如在大多数情况下，会话层、表示层和应用层可在一 定意义上合并。这种保留核心层和t c p i p 协议的测控系统可方便地实现网络互联。 ( 2 ) 客户服务器( c l i e n v s e r v e r - - - - - - c s ) - i - _ 作模式。c s 工作模式作为分布式应用程序 之间通信的一种有效方式。i n t e m e t 上流行的网络浏览器( w e b b r o w s e r w b ) 模式， 它以h t t p 协议的h t m l 标记语言为通用标准。w b 模式为在测控系统中集成各种功能提 供了一种发展方向，即客户端可以是浏览器客户。在三级网络体系结构中，w e b 服务器 既作为一个浏览服务器，又作为一个应用服务器。 ( 3 ) 数据库管理系统。它是测控网络的一个核心部分，为各种用户提供访问和修改 数据库中存储的数据。 ( 4 ) 网络管理。由于网络的复杂性和开放性，要保证测控系统的持续性、稳定性和 安全性。与普通的i n t e r n e t 系统相比，测控信息网络的管理有其特殊性，具体有不同的 配置管理和严格的安全管理。对于网络管理，其中基于t c p i p 的简单网络管理协议 ( s n m p ) 主要用于o s i 七层模型中较低层的管理，具体采用轮询的监控方式。 本文将研究网络测控系统在数控机床位移定位精度和温度补偿中的应用，并设计出 基于i n t e m e t e t h e m e t 网络的b s 模式的数控机床远程测控系统。客户端可以在i n t e r n a 上通过网络从测试仪器获取数据。同时客户端和下位测控机通信以及客户端与远程数据 库的通信是本文的重点。客户端和下位测控机通信部分采用了l a b v i e w 软件系统中的 d a t a s o e k e t 技术模块，它较容易实现网上实时高速的数据交换。客户端与远程数据库的 西华大学硕士学位论文 数据通信部分，则在l a b v i e w 系统基础上对l a b s q l 工具包进行修改，从而实现了采 集数据实时与远程数据库的通信存储功能。通过测控软件的结构化设计使系统实现现场 数据的采集、分析、存储回放以及远程测控等功能目标。设计中使该系统平台兼容工业 以太网、d e v i c c n e t 、p r o f i b u s 三种现场总线通讯网络，同时通过协议转换器和现场智能 单元实现三种通讯网络在此测控平台内的互连。 2 2 数控机床网络测控系统的设计架构 基于b s 模式的数控机床( c n c ) 远程测控系统构建如下图2 2 所示： 。+ 、 (远程客户端) 、- _ _ _ 。_ _ _ - - 。_ 。_ - - - 。- - _ _ - h - _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - 。- _ _ - 。_ _ 。_ _ _ _ 一 i ：i ! i l i i i i ；i i i i ! i l ；i ；i ! ：l ：i ! i i 茴1 i i i i i i i i i ! i i i i i i ；l i i i j l i l ! i l i l i i 。 睡回魁$ l li 【i n t e r n c t 网络c p i p )a 圈 出粤剑( ，曩淼臼 荩 一簧鼍+ l 蕾。b 食搀机 ( 下位机测控服务器) il lli ，。 ，_ - - _ 一 一翟l j 一一i h，- _ _ - i 萨- 砥 厶- _ - 璺自臣p - = c i 、i _ 一i _ 、 1 3 9 4r $ 2 3 2 ，鸯u s b 畦 一 - a 1， 蔫渔墨要攀。乞一l ! 。、一：毛 i 整一鞠；羹一糊i y - 。 一= = 黑，- ； - - ： 监测，_ 1监测点2监澳b 点n ： i 。一一l 图2 2 基于模式的数控机床远程测控系统 基于的数控机床网络测控系统的可分为以下几个子系统：下位测控机子 系统、w e b 服务器子系统和远程客户端子系统。 9 基于l a b v i e w 的数控机床网络测控系统 ( 1 ) 数控机床下位机测控子系统 下位机测控子系统是整个系统的核心部分，主要包括数控机床( c n c ) 自动控制部分、 数据采集卡、测试仪器如有线和无线的网络化传感器、分布式i o 模块和现场智能单元 等。本文重点研究基于l a b v i e w 的下位机数据采集与仪器控制部分。 ( 2 ) w e b 服务器子系统 通过w e b 服务器，用户可以访问w e b 站点，可以选择虚拟仪器类型，可以远程控 制仪器，并且获得结果。公共网关接口( c g i ) 和传输控制协议( t c p