（机械电子工程专业论文）数控机床运行精度远程检测及数据处理技术研究.pdf

数控机床运行精度远程检测及数据处理技术的研究机械电子工程专业研究生韩兴国指导教师黎亚元教授随着信息技术的高速发展，企业内部的信息管理以及企业外部的信息交流的能力正在高速发展，信息管理的能力，效率和质量成为了企业能否高速发展的重要因素。对于制造行业而言，数控机床已被广泛应用，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c a n 总线的分布式远程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。本文研究了分布式数控机床远程监控技术，提出并实现了一种数控机床的分布式远程监测设计方案，在总体设计的时候把系统分成底，中，顶三层，底层采用了c a n 现场总线，中间层采用了c o r b a 和w e bs e r v i c e 相结合的中间件技术，顶层w e b 客户端和非、 够客户端，以满足不同的需求，并搭建了数控机床远程测控平台c o r b a 作为分布式对象计算技术的代表，具有成熟的经验和完整稳定的体系，但由于其通讯协议使用非标准端口，在实现中受到防火墙的约束，更适合于在局域网进行应用系统的开发。w e bs e r v i c e 是一门处于发展初期的中间件技术，可在i n t e r n e t 上通过i n t e m e t 标准协议进行访问和使用，但其底层的服务有待进一步发展和完善。针对c o r b a 和w e bs e r v i c e 各自的优缺点，本论文提出把c o r b a 和w e bs e r v i c e 进行结合和集成，实践证明这是一种实现数控机床分布式远程监测的有力手段。在现代企业中，对数控机床的运行精度进行检测是一个非常重要的环节，本文开发了一套基于c a n 总线的测控装置，实现对数控机床的实时性检测和整体软件设计开发，达到了对数控机床运动精度检测的目的。事实证明我们5 1 系列的测控仪在处理传输数据上性能不佳，对实时性数据采集、控制都有一定的列的测控仪在处理传输数据上性能不佳，对实时性数据采集、控制都有一定的影响，有时候达不到比较理想的效果，在前期研究的基础上，提出了基于d s p的数控系统远程测控仪的设计随着科技发展的日新月异，数控机床也在不断的向前发展，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，即分布式数字控制( d n c ) 我们研究的分布式数控机床远程监控系统与传统的d n c 系统有明显的不同，主要是对数控机床进行精度测试，对数控机床的运行状态进行监测和控制，通过对机床的运行状态进行数据采集，然后进行各种数据分析，来判断机床是否运行正常，而传统的d n c 系统功能却要强大的多。小波分析近几年已经运用到各个领域，在数据处理的应用也十分广泛，本文把小波分析运用到分布式数控机床远程测控的数据处理中，对数控机床的运行状态信号进行了滤波等处理分析，去除干扰信号，取得了不错的效果。此外，我们也采用了最小二乘法和神经网络对圆插补进行相关的误差分析，也取得了不错的效果。关键词：分布式远程测控；w e bs e n ，i ；c o r b a 小波分析；d s pr e s e a r c ho fr u n n i n gs t a t ep r e c i s i o nr e m o t ed e t e c t i o na b o u tn ct o o la n dd a t a - p r o c e s s i n gt e c h n o l o g yp r e s e n t e db y ：h a r tx i n g g u os u p e r v i s e db y ：l iy a - y u a n ( p r o f e s s o r )w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , t h ea b i l i t yo fm a n a g i n gi n f o r m a t i o ni n s i d ea l le n t e r p r i s ea n de x c h a n g i n gi n f o r m a t i o no u t s i d ea ne n t e r p r i s ei sg r o w i n ga tt o ps p e e d t h ea b i l i t yo fi n f o r m a t i o nm a n a g o m e n t , t h ee f f i c i e n c ya n dt h eq u a l i t yb e c o m et h ek e yf a c t o r si nt h eh i g hd e v e l o p m e n to f 孤e n t e r p r i s e f o rt h em a n u f a c t u r i n gm d t r y , t h en cm a c h i n et o o lh a sb e e nw i d e l yu s e d m o n i t o r i n gt h em a c h i n et o o li sav i t a ll i n k f o raa i x l e r ne n t e r p r i s e , i ti sa d v a n c e da n dp r a c t i c a lt oa d o p tt h ed i s 埘b u t c dr e m o t em e a s u r et e c h n o l o g yb a s e do nc a nb u s w h i c hc a ng r a s pt h ef a s tf l o wo fi n f o r m a t i o n , i m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fi n f o r m a t i o ne x c h a n g e ，e f f i c i e n t l ys o l v et h ep r o b l e m so fs e p a r a t i o nm a c h i n ea n dh e t e r o g e n e i t y ，a n dg r a s pp r o m p t l yt h er u n n i n gs t a t eo f t h ee q m p m e n tw i t h o u tc o m i n gt ot h ew o r k i n gs p o t t h i sp a p e rs t u d i e sd i s t r i b u t e dr e m o t em e a s u r et o c h n o l o g ya b o u tn cm a c h i n et o o l ，i n t r o d u c 嚣ad e s i g ns c h e m eo fd i s t r i b v m dr e m o t em e a s u r e - c o n t r o la b o u tn cm a c h i n et o o l ，a n ds e t sl l pt h er e m o t em e a s m e 地o n t r o lp l a t f o r ma b o u tn cm a c h i n et 0 0 1 佻s y s t e mi sd i v i d e di n t ot h r e el a y e r s - - f i e l dl a y e r , m i d d l el a y e ra n du s e rl a y e ri nw h o l ed e s i g n f i e l dl a y e ra d o p t sc a nb u s ；m i d d l el a y e ra d o p t st h em i d d l e w a r et e c h n o l o g yo f c o m b i n a t i o no fc o r b aa n d 1 e bs e r v i c e ；u s e rl a y e rh a sw e bc l i e n ta n dn o n - w e b - b a s e dc l i e n tt os a t i s f yd i f f e r e n tn e e d s s t a n d i n gf o rt h ed i s t r i b u t e dt e c h n o l o g y , c o r b ai so fr i p ee x p e r i e n c ea n di n t e g r a t e ds t e a d ya r c h i t e c t u r e b u ti ti sl i m i t e db yf i r e w a ui np r a c t i c e i t sn e t w o r kc o m m u n i c a t i o np r o t o c o lu s e sn o n - 。m t e r f a c ea n di ti sf i tf o rd e s i g no fa p p l i c a t i o ns y s t e mi nl a n w e bs e r v i c ei sal 【i n do fm i d d l e w a r et e c h n o l o g yw h i c hi sa tt h ei 铺b e g i n n i n go fd e v e l o p m e n t i tc a r tb ea c c e s s e da n da p p l i e do nt h ei n t e r n e tt h r o u g hi n t e r a c ts t a n d a r dp r o t o c o l ，b u tt h ep e r f o r m a n c eo ft h ef i e l dl a y e rn e e db ef u r t h e rd e v e l o p e da n dp e r f e c t e d t l l i sp a p e rf i n i s h e sc o m b i n a t i o no fc o r b aa n dw e bs e r v i c e i ti sp r o v e db yp r a c t i c et h a tt h em i d d l e w a r et e c h n o l o g yo fc o m b i n a t i o no fc o r b aa n dw 曲s e r v i c ei sa l le f f e c t i v ew a yt or e a l i z ed i s t r i b u t e dr e m o t em e a s l l r e c e n t r e la b o u tn cm a c h i u et 0 0 1 i nm o d me n t e r p r i s e , i ti sak a yl i n kt om e a s l l r et h er u n n i n ga c c u r a c yo fn cm a c h i n et 0 0 1 w ed e v e l o pam e a s u r e - c o n t r o le q u i p m e n tb a s e do nc a nb u s r e a l i z er e a l t i m et e s t st or u n n i n ga c c u r a c yo fn cm a c h i n et 0 0 1 a n df i n i s ht h ew h o l ew a r ed e s i g n i nt h ep r e v i o u sr c s e a r c h ，i ti sf o u n dt h a tt h em e a s u r e - c o n t r o li n s t r u m e n tb a s e do nm c s - 5 1s i n g l ec h i pm i 酽o c o m p u t e rd o e s n tp e r f o r mw e l li np r o c e s s i n gt h et r a n s m i t t e dd a t a t h e nt h ec o l l e c t i o na n dc o n t r o lo ft h er e a l - t i m ed a t aw i i lb ei n f l u e n c e dt os o m ed e g r e e ，w h i c hi sb e y o n dt h ee x p e c t a t i o n s i n t e g r a t i n gt h ep r e v i o u sr e s e a r c h , t h i sp a p e ri n 伽u c e st h ed e s i g no fr e m o t em e a s u r e - c o n t r o li n s t r u m e n ta b o u tn cs y s t e mb a s e do i ld s pt oa c h i e v em o r es a t i s f i e dr e s u l t s w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , t h en cm a c h i n et o o lg e t sa h e a dc o n t i n u a l l y , i n c l i n e st oa u t o m a t i o nc o n t r 0 1 d i s t r i b u t e dn u m e r i c a lc o n t r o l( d n c ) m e a n st h a tm a n yn cm a c h i n et o o l sa r ec o n t r o l l e db yo n ec o m p u t e ro rs e v e r a lo n e s d i f f e r e n tf r o mt h et r a d i t i o n a ld n cs y s t e m , t h ed i s l r i b u t e dr e m o t em e a s u r e - c o n t r o ls y s t e mo fn cm a c h i n et o o lc a nm a k ep r e c i s i o nm 嘲u r eo fn cm a c h i n et o o l ，m o n i t o ra n dc o n 昀lr u n n i n gs t a t eo f n ct o o l ，a n df i n a l l ya n a l y z ed a t ac o l l e c t e dl i - o mr u n n i n gm a c h i n et o o lt oj u d g ew h e t h e ri tw o r k sn o r m a l l yo rn o t w 1 l i l et h et r a d i t i o n a ld n cs y s t e mi so f m o r ep o w e r f u lf u n c t i o n s r e c e n ty e a r s ，w a v e l e ta n a l y s i sh a sb e e na p p l i e di nv a r i o u sf i e l d s ，e s p e c i a l l yi nt h ef i e l do fd a t a - p r o c e s s i n g i nt h i sp a p e r , w a v e l e ta n a l y s i si sa p p l i e dt od a t a - p r o c e s s i n go fd i s t r i b u t e dr e m o t em e a s u r e 吒o n t r o la b o u tn cm a c h i n et 0 0 1 a d o p t i n gw a v e l e ta n a l y s i sw em a n i p u l a t ea n da n a l y z er u n n i n gs t a t es i g n a lo fn ct o o la n dg e tr i do fi n t e r f e r e n c es i g n a l b e s i d e s , w ef i n i s hs o m er e l a t i v ee n _ o ra n a l y s i sa n dp r o c e s s m e n tb a s e do ni n t e r p o l a t i o nc i r c l ew i t hl e a s ta q u 缸a n a l y s i sa n dn e u r a ln e t w o r ka n dg e ts a t i s f i e dr e s u l t st o o i vk e y w o r d s ：d i s t r i b u t e dr e m o t em e a s u r e - c o n t r o l ；w e bs e r v i c e ；c o r b a ；w a v e l e t西华大学硕士学位论文声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，文中凡是有引用他人已经发表或撰写过的研究成果人，都尽力指出，同时该课题是在前期研究的基础上进行的，前面师兄师姐及与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示谢意。本学位论文成果是本人在西华大学读书期间在导师指导下取得的，论文成果归西华大学所有，特此声明。作者签名每枷冤，刃矽净r 月7 , oe 1导师签若其6b西华大学硕士学位论文1 绪论我们国家属于发展中国家，制造业是国民经济得支柱产业，它一方面创造价值，生产物质财富，另一方面为国民经济各部门包括国防和科学进步与发展提供先进的手段和装备。国家要完全实现四个现代化，基础工业很重要，而数控系统、数控机床在其占有及其重要的地位。在生产实践中。为了满足各种安装、加工要求，迸一步提高产品质量，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，对数控系统，数控机床的各种技术指标进行远程测试是理所当然的；同时随着分布式技术、计算机控制技术、网络技术、信息技术的高度发展，分布式远程测控成为了可能。本文是基于数控机床进行了分布式远程测控系统的研究，并对数控机床插补轨迹的一些参数进行采集和数据处理分析。1 1 课题的来源背景1 1 1 课题的来源四川省科技厅的重点科技攻关项目“数控机床运动精度动态测试技术及装置研究”。1 1 2 数控系统运行状态综合测试技术及装置研究通过几个五年计划的努力，我国的数控机床已有了很大的发展，数控技术正在向高精度、高速化、网络化的方向发展，专用的数控系统也正在向开放性数控系统迈进。对数控系统生产厂家来说，尽管自身有一套专用检测设备来直接或间接证明其数控系统的性能，但仍希望用户能有一套专用检测设备来直接或间接证明其数控系统有个正确、公正、综合的评价，从而得到用户的认可。特别是对数控机床生产厂家来说，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。在目前这种迅猛发展的势头下，逐渐暴露出一些问题，即如何正确评价一台数控机床，特别是其核心装置数控装置，包括伺服电机和伺服驱动的精度问题。有关资料表明，国内外数控机床生产厂家尽管各有专用的测试装置，西华大学硕士学位论文如激光干涉仪、球杆干涉仪、主轴分析仪等，但这些测试装置仍有其局限性，它们都是用于对机床最终精度的检测，不能用于数控系统的检测，也不能用于数控机床的动态测试。目前国内! 些数控系统还处于发展巩固时期，系统性能本身不太稳定，他们迫切需要一种能综合检测各种数控系统主要性能指标的检测装置，而国内目前还没有这种测试装置。在这样的形势下，西华大学( 原四川工业学院) 数控研究所承担了国家“八五”科技攻关课题“数控系统测试技术及装置研究”和国家。九五”科技攻关课题“数控系统运行状态综合测试技术及装置的研究开发”，这两个课题均已通过国家鉴定和验收，目前根据技术的飞跃发展，我们把前期研究成果纳入企业信息系统的全局去考虑，研究基于c o r b a 和w e bs e r v i c e 的分布式控制系统，而把数控机床的检测作为这种分布式控制系统的底层即现场设备之一来考虑。我们致力于在前期研究成果的基础上，采用有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络吨a n 总线，来实施企业现场分布式控制系统，实现数控系统网络化测控功能，即底层测控设备具有c a n 总线功能，并通过基于c o r b a 的网关与以太网共享信息，实现其远程测控功能，最后完成产品化研究，将其投入生产产生社会效益。1 1 3 数控机床分布式远程测控技术的发展随着信息技术的高速发展，企业内部的信息管理以及企业外部的信息交流的能力正在高速发展，信息管理的能力，效率和质量成为了企业能否高速发展的重要因素。对于制造行业而言，数控机床已被广泛应用，对这类设备运行的监测是至关重要的一个环节，对予一个现代化企业而言，采用基于现场总线的分布式远程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。c o r b a 作为分布式对象计算技术的代表，具有成熟的经验和完整稳定的体系，但由于其通讯协议使用非标准端口，在实现中受到防火墙的约束，更适合于在局域网进行应用系统的开发。w e bs e r v i c e 是- i q 处于发展初期的中间件技术，可在i n t e m e t 上通过i n t e r n e t 标准协议进行访问和使用，但其底层的服务有待进一步发展和完善。若把两者结合在一起有很好的互补性，因此把c o r b a 和w e bs e r v i c e 进行结合和集成成为了一种实现数控机床分布式远程监测的有力手段。2西华大学硕士学位论文把现场总线技术、分布式技术( 中间件技术) 、i n t e r n e t ( w e b 浏览) 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，比如说，银行、金融、电视电话会议、远程医疗诊断、电力监控系统、楼字的智能保安系统等。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，东南大学机械工程系的赵维锋、易红等已经对基于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，但是在中间层他们采用的是微软公司的d c o m 技术，在应用范围上有一定的局限性。所以作者就把这三大技术应用到基础工业中比较重要的方面数控机床( 与我们现代化建设密切相关) ，且在中间层是基于c o r b a 、w e bs e r v i c e 中间件技术( 比d c o m 应用更加广泛) 无疑是一个比较有发展前途的课题。随着工业自动化和办公自动化的发展，在一些场合，分布式控制系统的网络越来越庞大，现场总线越来越受地域、铺设成本、负载容量的限制；另一方面，灵活、方便，安全性、可靠性的以太网飞速发展和i n t e r n e t 的普及，宽带网己深入家庭、办公室、旅店、工厂与车间，使人们在生活与工作的各个地点，都可通过互联网来交换信息，如果利用高速以太网来取代现场总线，使原现场总线的分布式控制系统方便地转换成为基于以太网的分布式控制系统，这将是一件非常令人兴奋的事。因为基于以太网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。而且，随着3 g 移动通信技术的发展，我们就可以在p d a ( 个人数字助理) 、商务通、手机上对我们的测控系统进行控制。当然在实时性非常高的应用领域会失去它的意义，但是从长远的角度考虑，随着互联网技术的发展，随着高速局域网、无线网络的发展，以及其他软硬件产品的发展，基于互联网的分布式测控系统已经成为测控领域的最大热门技术。但是以太网在底层操作上太慢，且实时性不高，因此我们把w e bs e r v i c e 技术和c o r b a 技术结合起来，以达到更好的效果。1 1 4 数据处理技术的发展西华大学硕士学位论文数据处理技术是指用计算机收集，记录数据，经加工产生新的信息形式的技术。数据处理涉及的加工处理比一般的算术运算要广泛的多。计算机数据处理主要包括8 个方面：1 数据采集：采集所需的信息。2 数据转换：把信息转换成机器能够接受的形式3 数据分组：指定编码，按有关信息进行有效的分组。4 数据组织：整理数据或用某些方法安排数据，以便进行处理。5 数据计算：进行各种计算和逻辑运算，以便得到进一步的信息。6 。数据存储：将原始数据或计算的结果保存起来，供以后使用。7 数据检索：按用户的要求找出有用的信息。8 数据排序：把数据按一定的要求进行排序。由于数据或信息大量的应用于各种各样的企业和事业机构，工业化社会中已形成一个独立的信息处理业，数据和信息已经成为人类社会中极其宝贵的资源，信息处理业对这些资源进行整理和开发，借以推动信息化社会的发展。数据处理的过程大致分为数据的准备，处理和输出三个阶段。在数据准备阶段也可以称为数据的录入阶段。数据录入以后，就要由计算机对数据进行处理，为此预先要由用户编制程序并把程序输入到计算机中，计算机是按程序的指示和要求对数据进行处理的。所谓处理，就是指上8 个方面工作中的一个或若干个的组合。常用的数据处理方法有最小二乘法，人工神经网络，小波分析法等，在该论文中，我们将详细介绍这三种数据处理方法在数控圆插补中的应用。1 2 该课题的目的及意义“们嘲目前，我国的中小型制造企业占制造企业的绝对多数，它们的信息化程度还很低，迫切希望能够像大企业那样自由地进行企业内部之间及企业内外部之问的信息交流。由于中小型企业的规模、技术和资金都无法与大型企业相抗衡：所以，充分利用自身现有的资源，对其进行信息化、网络化改造是一个非常迫切的要求。利用先进的信息技术手段，建立起企业面向客户服务的i n t e m c t 平台，开展网络化服务已迫在眉睫。随着企业信息化、网络化进程的不断发展，一个制造企业不仅需要将自己的资源供他人共享，也必须能够使网络上的各种信息和知识资源为自己服务。因此，当今的c h i 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4西华大学硕士学位论文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。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 i n t r a 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。分布式测控系统有着广泛的应用前景，符合测控系统网络化的主流发展方向，可应用于电力系统监控、工厂生产自动化、实验室自动测试、教学、卫星发射、无人机、智能大厦、智能小区安全技防监控管理、海洋探测、现场试验等众多领域。分布式技术常用的结构有b ，s 结构和c s 结构。c ，s ( c l i e n t s e r w r ) 结构，即大家熟知的客户机和服务器结构。它是软件系统体系结构，通过它可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到c l i e n t 端和s e r v e r 端来实现，降低了系统的通讯开销。目前大多数应用软件系统都是c l i e n t s e r v e r 形式的两层结构，由于现在的软件应用系统正在向分布式的w e b 应用发展，w e b 和c l i e n t s e r v e r 应用都可以进行同样的业务处理，应用不同的模块共享逻辑组件；因此，内部的和外部的用户都可以访问新的和现有的应用系统，通过现有应用系统中的逻辑可以扩展出新的应用系统。这也就是目前应用系统的发展方向。传统的c s 体系结构虽然采用的是开放模式，但这只是系统开发一级的开放性，在特定的应用中无论是c l i e n t 端还是s e r v e r 端都还需要特定的软件支持。由于没能提供用户真正期望的开放环境，c s 结构的软件需要针对不同的操作系统系统开发不同版本的软件，加之产品的更新换代十分快，已经很难适应百台电脑以上局域网用户同时使用。而且代价高，效率低。b s f a r o w s e r s e r v e r ) 结构即测览器和服务器结构。它是随着i n t e m e t 技术的兴起，对c s 结构的一种变化或者改进的结构。在这种结构下，用户工作界面是通过w 唧浏览器来实现，极少部分事务逻辑在前端( b r o w s e r ) 实现，但是主要事务逻辑在服务器端( s e r v e r ) 实现，形成所谓三层3 - t i e r 结构。这样就大大简化了客户端电脑载荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低了用户的总体成本( t c o ) 。以目前的技术看，局域网建立b s 结构的网络应用，并通过i n t e m e t n t r a n e t 模式下数据库应用，相对易于把握、成本也是较低的。它是一次性到位的开发，能实现不同的人员，从不同的地点，以不同的接入方式( 比如l a n 9w a n ，i n t e r n e t i n l r a n e t 等) 访问和操作共同的数据库；它能有效地保护数西华大学硕士学位论文据平台和管理访问权限，服务器数据库也很安全特别是在j a v a 这样的跨平台语言出现之后，b s 架构管理软件更是方便、快捷、高效。由于b s 架构管理软件只安装在服务器端( s e r v e r ) 上，网络管理人员只需要管理服务器就行了，用户界面主要事务逻辑在服务器( s e r v e ) 端完全通过w w w 浏览器实现，极少部分事务逻辑在前端( b r o w s e r ) 实现，所有的客户端只有浏览器，网络管理人员只需要做硬件维护。但是，应用服务器运行数据负荷较重，一旦发生服务器“崩溃”等问题，后果不堪设想。因此，许多单位都备有数据库存储服务器，以防万一。本论文讨论的分布式远程测控系统实际上是一个多层结构的模式，并不是传统的b s 、c s 模式。它与传统音勺模式有着明显的不同：第一，传统的模式一般是控制到数据库一级，而本论文的模式是到了现场级；第二，传统的模式是两层结构，而本系统要进行大量的数据处理分析，相关的协议转换以及接口映射等，传统的模式不易实现，因此采用三层结构。底层采用了c a n 现场总线，中间层采用了c o r b a 和w e bs e r v i c c 相结合的中间件技术，顶层w e b 客户端和非w e b 客户端，以满足不同的需求1 3 该课题研究的主要内容对于任何产品和技术来说，都有一个不断改进、不断完善、不断创新的过程。随着工业技术的飞跃发展和加工工艺的不断提高，各学科、各领域相互交融并由此派生出许多新兴学科和新的领域，它们相互促进、相互推动使得新技术、新工艺不断推陈出新。因此就需要不断改进产品，提高产品的质量和性能，以尽可能的满足用户和生产实践的需要，促进社会生产力不断向前发展。数控系统远程测控技术的研究就是经历了这样一个不断完善、不断改进、不断创新的过程，它是建立在前期研究成果的基础之上的。作者在这种背景下，采用了c a n 现场总线技术，c 0 砌；a 和w e bs e r v i 相结合的分布式控制技术；主要采用w e b 浏览器作为客户端用于远程服务。本文侧重点在于研究分布式远程测控技术及其应用实现和基于小波分析等数据处理方法的数控系统精度测试研究。在这种形势下，我们主要对数控机床运行精度远程检测做以下几方面的研究：1 提出了分布式数控机床远程监控系统整体结构。底层采用了c a n 现场6西华大学硕士学位论文总线，中间层采用了c o r b a 和w e bs e r v i c e 相结合的中间件技术，顶层w e b客户端和非w e b 客户端，以满足不同的需求。随着现代科学技术的迅猛发展，数控技术的发展日新月异，我们只有借助于现有的通讯和信息技术，不断学习，才能在别人研究成果的基础上有所作为。2 分布式数控机床远程监控系统的一项关键技术是中间件技术，在该系统中我们采用了c o r b a 和w e b r v i c e 相结合的中间件技术，这在国内属于一项创新的技术。c o r b a 和w 曲s a v i c c 的集成大大方便了w w w 应用程序的开发，分布和维护，推动了w w w 进入动态应用开发阶段，提高了w w w 的分布计算能力，同时也解决了c o r b a 难以穿越防火墙，耦合紧密等缺陷3 在前期研究的基础上，提出了基于d s p 的c a n 测控仪的开发设计由于芯片技术的快速发展，现在d s p 芯片也广泛应用到工业控制领域，而且性价比越来越高，再加上我们这里的测控仪要采集数控机床二轴、三轴、四轴甚至更多轴电机编码器出来的信号，而且是数控机床的运动起来的动态实时性的数据，因此5 1 系列单片机的c p u 就有点承受不起这么繁重的任务，影响测试的效果、实时性数据传输等问题。事实证明我们5 l 系列的测控仪在处理传输数据上性能不佳，对实时性数据采集、控制都有一定的影响，达不到比较理想的效果。所以我们就选择基于d s p 的c a n 测控仪的设计。来改善前一种方案的不足之处。4 开发了一套现场测控装置，整体软件设计开发，整个系统的可行性实验研究和系统联调。5 对数控机床的运行状态进行数据采集、处理和优化，使用了最小二乘法、人工神经网络、小波分析等方法进行拟合、误差分析、滤波降噪等处理，来达到远程实时性监测的目的。对这些方面的研究，并不是只停留在工控行业方面，同样也适合家居行业和其他控制领域，因此，对本课题的研究不仅具有实际意义，也具有广泛的社会意义7西华大学硕士学位论文2c o r b a 技术和w e bs e r v i c e 技术的比较分析及其集成2 1 中间件技术概述计算机系统最初阶段多是单机系统，多个用户是通过联机终端来访问。随着网络的出现，产生了客户机服务器的计算服务模式，多个客户端可以共享数据库服务器和打印服务器等。但是随着科技的发展，许多软件需要在不同厂家的硬件平台、网络协议异构环境下运行，应用的规模从局域网发展到广域网，在分布式环境中，无论是硬件平台还是软件平台都不可能做到统一。而大规模的应用软件通常要求在软硬件各不相同的分布式网络上运行。中间件产生以前，应用软件直接使用操作系统、网络协议和数据库等开发，开发者不得不直接面对许多复杂棘手的问题，如操作系统的多样性、繁杂的网络程序设计和管理、复杂多变的网络环境、数据分散处理带来的不一致性问题等等，这些与用户的业务没有直接关系，但又必须解决，耗费了大量的时间和精力，因此开发者迫切需要一种基于标准的、独立于计算机硬件以及操作系统的开发和运行环境，于是，中间件技术应运而生。中间件技术屏蔽了底层分布式环境的复杂性和异构性，简化了分布式应用程序的开发，使分布式应用程序的健壮性、可扩展性、可用性更好。在众多关于中间件的定义中，比较普遍接受的是i d c 表述：中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源；中间件位于客户机服务器的操作系统之上，管理计算资源和网络通信。d c 对中间件的定义表明，中间件是一类软件，而非一种软件；中间件是介于操作系统( 包括底层通信协议) 和各种分布式应用程序之间的一个软件层；总的作用是建立分布式软件模块之问互操作的机制，屏蔽底层分布式环境的复杂性和异构性，为处于自己上层的应用软件提供运行与开发环境，帮助用户灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件。在具体实现上，中间件是一个用应用程序接口定义的分布式软件管理框架，具有强大的通信能力和良好的可扩展性。中间件是基于分布式处理的软件( 如下图2 1 ) ，最突出的特点是其网络通信功能。从逻辑位置角度上看，中间件位于某两个及两个以上软件服务之间的软件体，像t c p i p 协议的应用层和传输层之间、应用程序和操作系统之间、数据应用和数据管理系统之间；从功能角度上看，中间件的主要目的是简化应用程序珏华大学硕士学位论文的使用和开发，并提供可靠的增值服务，也还可以认为中间件是屏蔽底层服务的复杂性，简化应用服务层的开发和管理的软件体；从复杂性角度来看，中间件提供的服务不应该与应用层的功能混淆，中间件所提供的增值服务是有限的，也可以认为中间件是上层服务和下层服务之间的通用软件体。f i g u r e 2 1t h er a l a t i o no f c l i e n t a n ds e r v e r图2 1 客户机与服务器之问的关系2 1 1 中间件技术的特点“”m( 1 ) 跨平台的实现中间件必须能够跨平台，否则只能算是某一平台服务。由于中间件有这一优势，它的服务将促成不同平台上应用的覆盖。中间件服务在编程时通常被设计成可移植的，以便在不同平台下移植成功的使用。( 2 ) 支持分布对象计算中问件服务是分布的，而所谓的分布，也就是说能被远程访问或能使其应用或服务被远程访问，因而一个远程可访问的中间件服务由客户端和服务器端这两部份来构建整个体系的集成与通信。( 3 ) 支持标准协议中间件应该支持某些标准协议，例如，t c p i p 或c o r b a 、g i o p 的协议栈，只有这样，中间件服务才能在不同平台上应用，达到互操作性。( 4 ) 支持标准的a p i 中间件服务应该支持某一套标准的a p i ，当一中间件服务能通过一套a p i 被访问而无需修改这套a p i ，那么我们称这一中间件服务透明于这套a p i 。如果某一中间件透明于一套标准的a p i ，那么它将更容易被市场接受，像s u n 公司的j d b c 。具体地说，中间件屏蔽了底层操作系统的复杂性，使开发人员面对一个简单而统一的开发环境，减少了程序设计的复杂性，从而减少工作量，提高了效9西华大学硕士学位论文率；其次，中间件作为新层次的基础软件，其重要作用是将不同时期、不i 司操作系统上的应用软件集成起来，以便整体有效地协同工作( 如图2 2 所示) 。厂= 黧竺竺蕾l 一徽妻，、【姒d i d l 钳a 抛应用i 。一= = = = = = i 牙丽弱凑麟网ll l i d d l e m s r e 服务j _ 。一l 安全、事件、容镶jl 型幽l 一p 艘：燃iii 斛i 】【l 憎i n d o s l ，- f _ _ _ _ _ _ 。一，_ _ _ _ _ 。、- - _ _ - _ = = = = _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - 一匦羞面差压蠹蜀一【篓焦薹丝一jf i g u r e 2 2m i d d l e w a r ea p p l i c a t i o nh i e r a r c h yc h a r t圈2 2 中间件应用层次图2 1 2 中问件技术的分类“”中问件技术已经日渐成熟，并且出现在不同层次、不同类型的中间件产品。大体可以分为以下几种：l 、消息中间件( m e s s a g eo r i e n tm i d d l e w a r e ，m o m ) ，利用高效的消息队列传递机制进行平台的数据交流，并基于数据通信来进行分布式系统的集成，换句话就是将数据从一个应用程序发送到另一应用程序。它适合于进行非实时数据交换，如银行间结算数据的传送，目前主要的m o m 中间件产品有：i b mm q s e r i e r 、b e d m e s s a g e q 、b e a t u x e d o q 等。2 、交易中间件( t r a n s a c t i o np r o c e s s i n gm i d d l e w a r e ，t p m ) ，交易中间件跟消息中间件一样具有跨平台、跨网络的能力，但其主要的功能是管理分布于不同计算机上的数据的一致性，协调数据处理的分布式事务，保障整个系统的性能和可靠性。它适用于联机处理系统，如银行的a t n 系统、电信的计费营收系统。3 、远程过程调用中间件( r e m o t ep r o c e d u r ec a l lm i d d l e w a r e ) ，这种中间件主要用在客户服务器计算方面。r p c 还可以跨系统平台来调用远端的子程序，甚至可以在不同操作系统环境下运行。4 、数据库中间件( d a t a b a s em i d d l e w a r e ) ，数据库中间件在所有的中间件中是应用最广泛，技术最成熟的一种。j 个最典型的数据库中间件就是o d b c ，o d b c1 0西华大学硕士学位论文是一种基于数据库的中间件标准，它允许应用程序和本地或异地的数据库进行退信，并提供一系列的应用程序接口a p i ，在编写数据库程序的时候只要在o d b c 中添加一个数据源，然后可以直接在自己的应用程序中使用这个数据源，而不用去知道目标数据库的实现原理、机制，更不必知道o d b c 向应