（机械制造及其自动化专业论文）网络化制造的串口通信技术研究.pdf

摘要 计算机技术、网络技术、信息技术的发展，带来了制造业自动化的飞速发 展。基于网络的制造业越来越广泛地应用于实践中，带来了制造业的革命性的 变革。飞速发展的网络技术，将使制造业达到全球共享、资源合理有效利用、 生产效率不断提高。因此网络制造成为2 1 世纪制造业的热门话题。网络d n c ( d i s t r i b u t e dn u m e r i c a lc o n t r 0 1 ) 应运而生，并且得到越来越多人的关注和开发。 开发网络制造平台，来更好地管理和组织生产，有效地优化生产车间的设备资 源。从而使数控设备发挥出最大效能，实现制造业的高自动化、敏捷性、集成 性。 串行通信具有连接简单、使用灵活方便、数据传递可靠等优点，在工业监 控、数据采集和实时控制系统中得到广泛应用。通过基于线程和消息的多任务 处理编程可以有效地解决串行通信的实时性和可靠性，且能提高数据传输的吞 吐量和应用程序的可靠性。 本文针对数控铣削加工中心和数控车床等设备进行研究和分析，搭建基于 网络制造的平台。把机床的r s 2 3 2 接口作为通信接口，借助v i s u a lc + + 6 0 开发 工具，开发串口通信软件。主要研究工作如下： 1 搭建基于串口服务器的硬件平台。结合数控机床的现状和接口模式， 通过串口服务器来有效地扩展串口数目。从而增加网络d n c 的数控设备，实现 网络平台的可扩展性。同时在硬件上采用交换机来有效增加信号的传输距离， 实现了信号的稳定传输。 2 借助v c + + 6 0 成功开发d n c 通信软件，该软件具有数控程序上传、下 传等功能。实现数据的可靠、稳定串口通信。主要实现点对多的数据通信。 3 借助w i n 3 2 a p i 和多线程技术实现了机床和计算机的互联，解决数据传 输中的点对点问题、数据的冲突问题等。达到数据的稳定可靠传输，实现车间 的局域网模式，提高生产效率。 关键词：网络制造，d n c ，串口通信，数控设备 a bs t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , t h en e t w o r k i n g ，i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y , i th a sb r o u g h tt h ed e v e l o p m e n tr a p i d l yi nt h em a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y a u t o m a t i o nr a p i d t h en e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gi n d u s t r ya r e m o r ea n dm o r ew i d e l y p u ti nt h ep r a c t i c e ，t h i s h a sb r o u g h tt h em a n u f a c t u r i n gi n d u s t r yr e v o l u t i o n a r y t r a n s f o n n a t i o n t h es w i r ld e v e l o p m e n t sn e t w o r kt e c h n i q u el e tt h em a n u f a c t u r i n g i n d u s t r ya c h i e v eg l o b a ls h a r i n g ，a c h i e v et h e r e s o u r c e su s er e a s o n a b l y , i m p r o v et h e p r o d u c t i o ne f f i c i e n c yg r a d u a l l y t h en e t w o r k e dm a n u f a c t u r eb e c o m e st h ep o p u l a r t o p i ci nt h em a n u f a c t u r i n gi n d u s t r yi nt h e2 1s tc e n t u r y n e t w o r k e dd n c ( d i s t r i b u t e d n u m e r i c a lc o n t r 0 1 ) e m e r g e sa tt h es a m et i m e ，m o r ea n dm o r ep e r s o n sp a y a t t e n t i o n t 0i ta 1 1 dd e v e l o pi t t h e r e f o r et h en e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gp l a t f o r mi se x p l o i t u r e d ，i t c a nw e l lm a n a g ea n dt h eo r g a n i z em a n u f a c t u r e ，i te f f e c t i v e l yo p t i m i z e st h ee q u i p m e n t r e s o u r c e so ft h ep r o d u c t i o nw o r k s h o p t h i sl e tt h en u m e r i c a lc o n t r o le q u i p m e n t d i s p l a y t h e b i g g e s tp o t e n c y , a n d r e a l i z et h em a n u f a c t u r i n gi n d u s t r yh i g h a u t o m a t i o n ，t h ea g i l i t y ，h ei n t e g r a t i o n t h es e r i a lc o m m u n i c a t i o nh a st h ea d v a n t a g eo fs i m p l ec o n n e c t i o n ，n i m b l e c o n v e n i e n tu s e d a t ar e l i a b l yt r a n s f e ra n ds o0 1 1 i tw a sw i d e s p r e a da p p l i e di nt h e i n d u s t r ym o n i t o r i n g ，t h ed a t aa c q u i s i t i o na n dt h er e a l - t i m ec o n t r o ls y s t e m i t c a n s o i v et h et h er e l i a b i l i t ya n dt i m e l i n e s se f f e c t i v e l yo fs e r i a lc o m m u n i a t i o nf r o mt h e t h r e a da i l dt h en e w sm u l t i t a s k i n gp r o g r a m m i n g ， a n di tc a ne n h a n c et h ed a t a t 姗s m i s s i o nt h ev o l u m eo fg o o d sh a n d l e d a n dt h ea p p l i c a t i o np r o c e d u r e r e l i a b i l i t y t h r o u g hi tm a ys o l v e t h i sp r o b l e me f f e c t i v e l yb a s e do nt h et h r e a da n dt h e n e w sm u l t i t a s k i n gp r o g r a m m i n g ，a n dc a ne n h a n c et h ed a t at r a n s m i s s i o nt h ev o l a m e o fg o o d sh a n d l e da n dt h ea p p l i c a t i o np r o c e d u r er e l i a b i l i t y i nt h i sp a p e r , c n c ( c o m p u t e rn u m e r i c a lc o n t r 0 1 ) m i l l i n gm a c h i n i n gc e n t e r ， c n cl a t h ea n do t h e re q u i p m e n ta r ec a r r i e do u tr e s e a r c ha n da n a l y s i s ，t h i sp a p e rp u t s u pt h ep l a t f o r mb a s e do nn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g t h i sp a p e rp u t s t h em a c h i n e i n t e r f a c eo fr s 2 3 2a st h ec o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e ，r a g a r d sv i s u a lc + + 6 0a s t h e d e v e l o p m e r i tt o o l ，d e v e l o p e s s e r i a lc o m m u n i c a t i o ns o f t w a r e m a j o rj o b s a r ea s f o l l o w s ： 1 t h i sp a p e rb u i l d sh a r d w a r ep l a t f o r mb a s e do ns e r i a lp o r ts e r v e r a c c o r d i n gt o e n g i n eb e d - ss i t u a t i o na n dt h ep a t t e r no f t h ei n t e r f a c e ，i tu s e st h es e r i a lp o r ts e r v e rt o e x p a n dt h en u m b e ro fs e r i a lp o r te f f e c t i v e l y s oi t i n c r e a s e st h en u m e r i c a lc o n t r o l i i e q u i p m e n t i nt h en e t w o r kd n c ，r e a l i z e st h en e t w o r kp l a t f o r me x t e n d i b i l i t y m e a n w m l ew eu s e dt h es w i t c h b o a r do nt h eh a r d w a r et o c o m et oi n c r e a s et h e t r a n s m i t t i n gr a n g eo ft h es i g n a le f f e c t i v e l y , t h u st h es i g n a lw a sr e l i a b l yt r a n s p o r t e d 2 i nt h i sp a p e rs e r i a lc o m m u n i c a t i o ns o r w a r ei ss u c c e s s f u l l yd e v e l o p e d ，t h i s s o f t w a r eh a st h ef u n c t i o no fu p l o a d ，d o w n l o a dn cp r o g r a ma n ds oo n i tc a nr e a l i z e t h es e r i a lp o r tc o m m u n i c a t i o nr e l i a b l ya n ds t a b l y t h em a i na c h i e v e m e n to ft h e s o r w a r ei sd a t ac o m m u n i c a t i o n so fs i n g l ep ca n dm a n ym a c h i n e s 3 t h i sp a p e rr e a l i z e st h ee n g i n eb e da n dc o m p u t e r si n t e r c o n n e c t i o nw i t h w i n 3 2 a p ia n dt h em u l t i t h r e a dt e c h n o l o g y , i ts o l v e st h em a n yd a t at r a n s m l s s l o n p o i m t o p o i n tq u e s t i o n ，t h ed a t ac o n f l i c tq u e s t i o na n d s oo n t h u si ta c h i e v e st h ed a t a t r a n s m i s s i o ns t a b l ya n dr e l i a b l y , r e a l i z e sl o c a la r e an e t w o r kp a t t e r ni nt h ew o r k s h o p ， t h u sr a i s e st h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c y k e yw o r d s ：n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ，d n c ，s e r i a lp o r t c o m m u n i c a t i o n ，n c e q u i p m e n t i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的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，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：雠日期上础7 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 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。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授 权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文， 并向社会公众提供信息服务。 研究生( 签名) ：础导师( 签名) ： 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景和意义 众所周知，信息技术和计算机网络技术的发展使世界经济正经历着一场深 刻的革命，这场革命极大地改变着世界经济面貌，塑造着一种“新世界经济”， 即“网络经济 【。网络经济时代，制造资源相对集中、组织结构相对固定， 需要建立一种市场需求驱动的、具有快速响应机制的网络化制造模式。网络化 制造是指通过采用先进的网络技术、制造技术及其它相关技术，构建面向企业 特定需求的基于网络的制造系统，开展覆盖产品整个生命周期全部或部分环节 的企业业务活动( 如产品设计、制造、销售等) ，实现企业间的协同和各种社会 资源的共享与集成，高效率、低成本地为市场提供所需的产品和服务。在这种 趋势下，为了满足市场的多样化需求，网络化制造的研究、开发得到广泛的重 视，发展迅速，并取得了丰富的成果。 数控机床是现代制造业的重要设备，一个国家数控机床的产量和技术水平 在一定程度上代表了这个国家制造业的技术水平和竞争力。随着国民经济持续 健康发展，为满足制造业需求，国家每年花费1 0 多亿美元引进数控机床，我国 制造业数控设备出现了快速增长的趋势，但我国制造数字化技术应用水平比较 低。面对这种挑战，致力解决提高数控设备工业应用水平，实现高速高效加工 技术，具有重大现实意义和理论研究价值。基本前提是数控设备能长期稳定可 靠地运行，高效率进行产品加工，能够快速产出质量合格的产品。 我国数控设备拥有和使用的情况如下： ( 1 ) 我国已经拥有相当数量的数控设备，2 0 0 0 年我国数控机床拥有量约 为1 4 万刨2 1 ，2 0 0 7 年国产数控机床拥有量约5 0 万台，进口约2 0 万台【4 】。但由 于数控设备种类繁多、价格较高，企业很难拥有种类齐全能够完全满足本企业 需求的数控设备。数控加工能力经常成为企业快速反映市场机遇的瓶颈。 ( 2 ) 我国数控设备的利用率普遍偏低，平均利用率约为4 0 t 2 1 。国外数控 机床在两班制工作下开动率达到6 0 7 0 ，而国内用户往往低于4 0 。造成利 用率低的原因有以下三点：一是数控机床技术人员“综合素质低 ；二是维修时 武汉理工人学硕士学位论文 间长，造成机床时间的绝对浪费：三是数控机床的“工作环境差。 实现数控设备的网络共享是非常必要的，通过资源共享和数据交换实现网 络制造的优化，提高了生产效率。研究主要从以下两个方面展开： 首先是网络数控系统的研究。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公 司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在e m 0 2 0 0 1 会展中，日本m a z a k 公司展出的“c y b e rp r o d u c t i o nc e n t e r ( 智能生产控制中心，简称c p c ) ；德国 s i e m e n s 公司展出的o v e nm a n u f a c t u r i n ge n v i r o n m e n t ( 开放制造环境，简称o m e ) 等，反映了数控机床向网络化方向发展的趋势【3 1 。国内学者对于网络数控系统 的研究也越来越多，包括网络数控系统的概念和功能定义、框架体系、技术体 系以及实现模型等。 其次是面向网络化制造的d n c 系统的研究。我国车间中应用的数控机床绝 大多数只具有串行通信能力，只能通过数控机床提供的r s 2 3 2 接口实现数控程 序的接收和发送。这种信息传输方式也就是所说的d n c ( d i r e c tn u m e r i c a l c o n t r o l 或d i s t r i b u t e dn u m e r i c a lc o n t r 0 1 ) ，d n c 是车间内部实现数控加工信息集 成的一种主要方式。 目前，我国数控机床的拥有数量逐年增加，加工水平逐步提高，随之产生 的制造孤岛问题日益凸现。从我国数控机床的拥有现状来看，种类和层次参差 不齐，其中具有r s 2 3 2 串口的机床占多数，具备可直接联入局域网m a p 协议 的机床占少数，为了提高数控机床的利用率，减缓过时机床的淘汰，便于车间 的管理，对串口通信进行深入研究很有必要。为了加强数控机床同自动化车间 中其它服务器的数据交换能力，进行d n c 系统联网成为一种切实可行的方法。 1 2 网络化制造的发展及相关研究 网络化制造是指面对市场机遇，针对某一市场需要，利用以因特网为标志 的信息高速公路，灵活而迅速地组织社会制造资源，把分散在不同地区的现有 生产设备资源、智力资源和各种核心能力，按资源优势互补的原则，组合成一 种超越空间约束的、靠电子手段联系的、统一指挥的经营实体一网络联盟企业， 以便快速推出高质量、低成本的新产品。网络制造现在己成为制造业重要的发 展趋势，包括几个方面：制造环境内部的网络化，实现制造过程的集成；制造 环境与整个制造企业的网络化，实现制造环境与企业中工程设计、管理信息系 2 武汉理丁大学硕十学位论文 统等各子系统的集成；企业与企业间的网络化，实现企业间的资源共享、组合 与优化利用；通过网络，实现异地制造。网络制造是制造业自动化的重要组成 模式。制造业自动化经历了五个阶段：刚性自动化、数控加工、柔性制造、计 算机集成制造( c m ) 和计算机集成制造系统( c r m s ) 、新的制造自动化模式，如 智能制造、敏捷制造、虚拟制造、网络制造、全球制造、绿色制造【9 】。 迄今为止，国内外许多专家、学者、企业应用人员在网络化制造方面已经 开展了大量的研究和应用实践工作，德国p r o d u k t i o n 2 0 0 0 框架方案旨在建立一 个全球化的产品设计与制造资源信息服务网；欧洲联盟公布的“第五框架计划 ( 1 9 9 8 2 0 0 2 ) 已将虚拟网络企业列入研究主体，其目标是为联盟内各个国家的 企业提供资源服务和共享的统一基础平台，在此基础上公布的“第六框架计划 ( 2 0 0 2 2 0 0 6 ) 的一个主要目标是进一步研究利用i n t e m e t 技术改善联盟内各个 分散实体之间的集成和协作机制【4 】 国内方面，华中科技大学的杨叔子院士阐述了网络经济时代制造环境的变 化与特点，指出了网络化制造模式的必然性，研究基于a g e n t 的网络化制造模 式及基于利益驱动的动态重组机制【5 1 。重庆大学的刘飞教授对网络化制造的定 义、内涵特征进行了描述，并归纳出了支撑网络化制造的技术体系【6 】；浙江大 学的祁国宁教授和顾新建教授分析了网络化制造的几种发展途径并指出了网络 化制造模式在2 1 世纪制造业中的重要地位；贵州工业大学的谢庆生教授提出了 基于a s p 模式的网络化制造系统结构，并针对我国发展网络化制造的实际着重 讨论了基于a s p 模式网络化制造的发展策略r 7 1 。 1 3d n c 的研究内容和以及发展现状 1 3 1d n c 的基本概念及d n c 通信功能 美国电子工业协会( e i a ) 给d n c 系统的定义为：“d n c 是一个为按要求向 各台机床分配数据，并将一组n c 机床与存储零件程序或机床程序的公用存储 器连接起来的系统 。 d n c 是d i r e c tn u m e r i c a lc o n t r o l 或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 的简称， 即直接数字控制或分布式数字控制。是实现c a d c a m 和计算机辅助生产管理 系统集成的纽带，是机械加工自动化的一种形式。 3 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 1 1 直接数字控制 d n c 在七十年代以前被称为计算机直接数字控制，即d i r e c tn u m e r i c a l c o n t r o l ( 女l 图1 1 ) 。1 9 6 5 年出现了第一个d n c 系统，由于机床数控系统成本高、 n c 程序的存储介质可靠性不高和信息管理困难等原因，采用一台中央计算机 进行控制多台数控机床，中央计算机将插补数据以实时共享方式传送给机床， 即所谓“远程插补 方式。直接数字控制的实现方式有两种： 图1 1 直接数控的一般结构 ( 1 ) 采用多台具有驱动器的数控设备共用一台中央计算机来进行插补计 算，插补数据以实时分享的形式传送给机床。边传输插补数据，机床边运动。 ( 2 ) 由计算机来取代纸带阅读机，插补计算由各台数控设备独立完成，采 用中央计算机来代替纸带阅读机可以提高数控程序存储和传输的可靠性、便捷 性，以及数控程序管理的方便。 1 3 1 2 分布式数控 七十年代以后，随着计算机数控系统( c n c c o m p u t e rn u m e r i c a lc o n t r 0 1 ) 的发展，出现了分级控制系统( h i e r a r c h i c a lc o n t r 0 1 ) ，此时d n c 一般作为系统的 底层。七十年代在d n c 的概念基础上建立起了柔性制造系统( f m s ) ，此时d n c 演变成为分布式数控系统( d i s t r i b u t e dn u m e r i c a lc o n t r 0 1 ) ( 如图1 2 ) ，它在结构 上采用局域网络技术进行通信，在功能上演变为生产准备和制造过程中设备信 息互联的纽带，强调信息与控制功能的集成，成为现代制造车间实现c i m s 信 息集成的有效途径，各数控机床之间按照生产计划或工艺过程产生一定的联系。 4 武汉理工人学硕士学位论文 图1 2 分布式数控系统的结构图 1 3 1 3d n c 通信功能和接口形式 目前d n c 系统传输的不仅包括n c 程序，而且包括执行特定生产任务所需 的制造数据，如刀具数据、作业计划、机床配置信息等。部分d n c 系统还具有 机床状态采集和远程控制等功能。 d n c 通信功能主要有三种：上传n c 程序，下传n c 程序，系统状态采集 和远程控制。只具有下传功能称为基本d n c ，具有前两种功能称为狭义d n c ， 三种功能都具有称为广义d n c 。d n c 的接口是指数控机床提供的通信接口， d n c 系统能够达到的功能决定于数控机床提供的通信接口。常见的通信接口有 以下几种： ( 1 ) 接口配置为r s 2 3 2 接口 2 0 世纪8 0 9 0 年代这种d n c 结构直接把数控系统的r s 2 3 2 串行通信口和 d n c 主机的r s 2 3 2 串行通信口相连，从而现n c 程序的下传和上传。这种结构 多用在不需要远程控制和状态采集的场合。 ( 2 ) 接口配置为d n c 接口 高档数控系统有些具有d n c 通信接口，直接在d n c 主机和数控系统中插 上相应的d n c 接口卡并运行相应的软件，实现数控系统所带的各种d n c 功能。 d n c 系统可以实现数控程序下传上传，实现系统状态采集和远程控制等。 ( 3 ) 接口配置为网络接口 少数高档数控系统具有网络接口，这种d n c 结构通过直接在d n c 主机和 5 武汉理工大学硕士学位论文 数控系统中插上相应的m a p 3 0 等网络通信接口卡并运行相应的软件就可实现 数控系统的局域网连接方式和数控系统所带的各种d n c 功能。 1 3 2d n c 系统研究现状 由于网络制造的不断发展，d n c 系统的研究已经在全世界范围内展开，国 内外的专家学者针对d n c 提出了一些相关的理论和实施的方法。有的已经应用 到实际生产中，取得了一定的成效。纵观这些研究，主要集中在d n c 硬件接口 技术和软件技术两方面的研究。 1 3 2 1d n c 硬件接口技术研究 d n c 硬件接口技术的研究主要包括下列三种形式： ( 1 ) 基于c n c 系统侧的插卡 插卡可直接插入c n c 系统的总线插槽内。具有该类插卡的高档c n c 系统 可直接与d n c 控制主机通信或直接与l a n 相联，具有很高的传输速率及多种 具体通信功能。如日本f a n u c 公司研制的m a p 3 0 等网络接口；美国各大公 司纷纷推出的r e m xd n c 、s h o p c 腑 o ) p o s4 - = - - r e a d l e n ； 对读取的文件做处理 ) w h i l e ( p o s o t l 建线程类 t h i s - m _ _ p r e a d t h r e a d = n e wc r e a d c o m t h r e a d 0 ； 4 9 武汉理工大学硕士学位论文 t h i s m _ p r e a d t h r e a d - b a n d s e r i a l p o r t ( t h i s ) ； t h i s - m _ _ p r e a d t h r e a d - c r e a t e ( ) ； t h i s m _ p r e a d t h r e a d r e s u m e 0 ； i f ( t h i s i s o v e r l a p p e d 0 ) t h i s - m h w r i t e e v e n t = ：c r e a t e e v e n t ( n u l l ，f a l s e ，f a l s e ，n u l l ) ； v o i dc c o m p o r t ：c l o s e ( ) 1 串口 i f ( t h i s 一 m _ p p o r t - 一n u l l ) r e t u r n ； i f ( ! t h i s - m _ p p o r t - i s o p e n 0 ) r e t u r n ； | 晓喜懵 ：s e t e v e n t ( t h i s - m _ h c l o s e e v e n t ) ；通知关闭系统 s l e e p ( 1 0 0 0 ) ； 3 结束读线程 t r y t h i s - m _ p r e a d t h r e a d t e r m i n a t e 0 ； d e l e t et h i s 一 m _ p r e a d t h r e a d ； t h i s - m _ _ p r e a d t h r e a d = n u l l ； c a t c h ( c h a re 15 0 ) ：a f x m e s s a g e b o x ( e ) ； ) 4 结束关闭线程 ：c l o s e h a n d l e ( t h i s m _ h c l o s e e v e n 0 ； t h i s m _ p p o r t - c l o s e o ： 5 结束写事件 i f ( t h i s - mh w r i t e e v e n t ) ：c l o s e h a n d l e ( t h i s 一 m _ h w r i t e e v e n t ) ； t h i s - mh w d t e e v e n t = n u l l ： ，6 释放串口对象 i f ( t h i s m _ p p o r o d e l e t et h i s - m _ p p o r t ； t h i s - mp p o r t = n u l l ； ) l 在设置串口的d c b 结构参数时，首先读出d c b 缺省的参数设置然后修 改需要的参数，其它都取缺省值。如果要进行异步i o 操作，打开设备句柄时， c r e a t e f i l e 的第6 个参数应增加f i l ef l a go v e r l a p p e d 标志，制定该设置 时端口i 0 可以在后台进行。 运行程序后，出现通信软件的主界面如图4 - 4 。 甲口参戤设l 甲口号：面葡j 口 潮恃事：厨赫3 习 ：犀i 。1 敲菇位：f _ 二j 停止位：广：丑 竺竺竺竺l 圈4 _ 4主界面 对于点对多的通信，可以同时配置多个串口。可以同时打开多个串口来实 现点对多通信。每个串口可以单独工作，并不会端口的冲突，甚至数据的堵塞、 死机等。同时打开多个串口如图4 - 5 。 图4 _ 52 个并存的串口窗口 ( 2 ) 启动执行后台任务和监视串口事件的工作线程 在上述串口初始化成功后，监控应用主程序就可以通过应用a f x b e g i n t t l l e a d ( 1 函数来建立串口监控用的工作者线程从而实现对该串1 3 通信多线程的 并行管理，如果要对多个串口同时监控，可以分别对各个串口建立监控线程， 各自实现对应串口的通信多线程的并行管理。下面是建立串口监控用的工作者 线程的关键程序段代码。 u i n t c o m m t h r e a d ( l p v o i dp p a r a m ) 州于监控串口用的工作者线程 t b o o l b r c s u l t = f l a s e ； i “mh c o m m ) 查看前述串口初始化程序是否已打开串口 t h r e a dp r i o r i t ya b o v en o r m a l ：设鼍线程优先级 武汉理工人学硕+ 学位论文 p u r g e c o m m ( m _ h c o m m ，p u r g e r x c l e a rlp u r g e t x c l e a r| p u r g e r x a b o r ti p u r g e _ t x a b o r t ) ； f o r ( ；) 只要所要监控的串口有线程在运行，一直处于监视端口行为的无限循 环 b r e s u l t = w a i t c o m m e v e n t ( m _ h c o m m ，& e v e n t ，& m - 9 v ) ：1 t i o v 是 o v e r l a p p e d 类型的成员变量 i f i ! b r e s u l t ) 进行相关的出错处理的具体函数调用过程。 ) e l s e e v e n t = w a i t f o r m u l t i p l e o b j e c t s ( 4 ，m _ h e v e n t ，f a l s e ，i n f i n i t e ) ； 无限等待设定的事件发生，其中mh e v e n t 根据需要设定了须响应的接收、发 送、关闭串口事件以及o v e r l a p p e d 类型的h e v e n t 事件 s w i t c h ( e v e n t ) 串口进行数据读写事件的响应处理过程。 ) r e t u r no ： ) 在编写远程监控串口通信主程序时增加上述的关键程序段就可实现串口通 信程序的多线程应用，提高串口的事件响应能力，提高远端的数据交互实时性。 串口监视模块。该模块负责对串口监视，只要串口被打开，该模块便启动 串口监视线程，通过调用函数得到串口停止原因，判断是否有数据到达，若有， 则读取数据，并保存所接收到的数据。 ( 3 ) 发送接收数控文件模块。发送模块负责数控文件的发送，模块启动 时，首先定义发送n c 文件句柄，调用类对象获取该文件的路径及文件名，并 调用线程函数创建发送n c 文件线程，若创建成功则唤起发送线程，通过参数 传递文件指针，发送n c 文件。否则关闭发送线程，程序返回。接收模块负责 数控文件的接收，首先在机床侧选择好需要传输的文件，进入待下传状态，然 后在主机通信软件端定义文件的名字，通过调用类对象来获取文件的存放路径。 5 3 武汉理工大学硕士学位论文 用w r i t e f i l e 来进行数据发送，对于同步i o 操作，它的最后1 个参数可为 n u l l ，而对异步i o 操作，它的最后1 个参数必须是1 个指向o v e r l a p p e d 结构的指针，使数据的读写操作在后台进行，通过这个o v e r l a p p e d 结构来 获得当前操作状态。b o o l w r i t e c o m m ( l p c v o i dl p s n d b u f f e r , d w o r d d w b y t e s t o w - r i t e ) l p s n d b u f f e r 为数据所使用的缓冲区，d w b y t e s t o w r i t e 为将 发送的字节长度。 ( 4 ) 串口通信线程处理方式 当进程启动后，首先创建主线程，完成一系列初始化工作，然后创建通信 发送线程和通信接收线程。当有新数据到来时，接收线程通知主线程进行接收 数据的保存，并触发发送线程。发送线程发送完数据后通知主线程保存发送的 数据。当通信任务结束后，主线程将通信发送线程和通信接收线程删除。串口 和其它通信设备是作为文件进行处理的，串口的打开、关闭、读取和写入所用 的函数和操作文件的函数相同。 对串行通信设备，w i n 3 2 a p i 可支持同步和异步两种i o 操作。同步i o 直 到读取所指定字节数或超过时才返回，这样很容易长时间地阻塞线程；异步i o 可以在后台读取数据，而在前台做其它的事情；同步操作方式程序设计相对比 较简单，但i o 操作函数在i o 操作结束前不能返回，这将挂起调用线程，直 到i o 操作结束。异步操作方式相对要复杂一些，但它可让耗时的i o 操作在 后台进行，这样不会挂起调用线程，这在大数据量通信的情况下对改善调用线 程的响应速度是相当有效的。异步操作方式适合同时对多个串口设备进行读 写操作。 ( 5 ) 串口通信对线程同步的要求 同一进程的所有线程共享进程的虚拟地址空间，而在w i n d o w s 中线程是汇 编级中断，所以才有可能实现多个线程同时访问同一个对象。这些对象可以是 全局变量、m f c 的对象、m f c 的a p i 等。而串口通信对每个串口对象只提供 一个缓冲区，发送接收都要用到这一个缓冲区，所以要求必须建立同步线程执 行，使得一个时刻只能进行一种线程操作，以免通信出错。串口通信处理的多 个线程需要协调运行，一个线程必须等待另一线程结束才能开始，在处理一个 线程的同时必须把其余待处理的线程挂起等待，以减少其余待处理线程对c p u 的资源占用，正处理的线程一旦处理结束则通过线程间的通信发出信号来激活 被挂起的线程中的一个线程进入处理。 塑塑堡工查芏塑主堂堡堡塞 4 6 传输测试 通信软件已经编好，已经具备了数控程序的上传和下传以及多串口的通 信，经过多次模拟测试，运行平稳。就在车问做实验，来测试传输数据的可靠 性。测试工作需要做以下工作： ( i ) 设各的连接 在搭建的硬件平台上测试。首先是接口的连接按照做好的数据通信线进 行端订的连接，进行机床端的端口串口服务器端的端口进行配对。 ( 2 ) 机床的准备 在此把数控车床做为下传程序的数控设备，把机床的工作模式调在编辑模 式下，点击p r o g r a m m e ( 程式) 按键，输入需要下传的程序的名字，最后点击 o u t p u t 按键就可以下传程序。 $ 口特强 糊 辜b ： 印_ - 髓髓 潞 而 一 7 嘶埘 t l i ：丽 船：i- i 丽 目雌：i 广1 7 m a 固型 棉口# 甜$ 口号孵：帅错：孵黯：t 眦：l 图4 6 通信参数的设置 把铣削加工中心作为数控程序的上传设备，首先选择工作模式在编辑 丛堡里! 盔芏堡堂垡鲨墨 ( e d i t ) 下，然后点击p r o g r a m m e ( 程式】按键，然后点击操作按键，选择 其下的r e a d ( 读) 菜单，然后在选择e x e c 按键即进入数控程式的上传状态， 屏幕的右下方的“标头s k p ”一直处于闪烁状态，表明目前数控设备属于正常 的接收状态。 ( 3 ) 软件端的设置 首先必须根据机床系统的要求选择合适的通信协议，对双方的通信参数进 行配置。要相同的设簧才能传输，速度不宜太快( 太快可能会丢失数据) ，也不 宜太慢( 速度慢当然效率就低了) 。对于数控铣削加工中心，对应端口为c o m 2 ， 波特率为9 6 0 0 ，校验位e v e n ，数据位位7 位，停止住为1 位，采用软件流控。 对于数控车床对应端口为c o m 3 波特率为4 8 0 0 ，校验位e v e n ，数据位为7 位，停止位为1 位，采用软件流控x o n x o f f 。对数控铣削加工中心和数控车 床的参数配置，如图4 - 6 。 两台数控设备同时进行数据的传输，那么同时打开2 个串口如图4 7 所示。 图4 - 7 软件端的设置 把加工中心和数 卒车床的程序作为对象来进行传输，传输的结果机床端如 茎堡望厶堂堕堂堡堡塞 图4 - 8 。软件端如图4 9 所示。 l 式 0 2 1 2 2 f 1 2 1 2 i 叭s 8 ，l2 l g i 弧；i i g l li l l c 9 3mm 媳晾2 g 0 l1 2 0 , z - 2 l l g l ：- 6 1 i g 0 21 3 8 z - s s r 5 n2 l 戮- 图48 机床端的传输结果 经过多次实际测试，软件运行正常，且传输数据稳定准确。没有出现数据 的乱码以及死机现象，而且实现多台机床的同时通信，实现了点对多的数据传 输。通过增加交换机增强远距离文件传输的可靠性。同时由于采用了多线程技 术更增强了软件的稳定性，使数据传输更加可靠。等待把软件进一步完善以后 就可以直接用于实际的生产中。 三轴乃至四、五轴联动功能出现，加工三维空间曲面编程已经成为必需解 决问题，靠人手工是无法实现。模具制造加工编程都属于三维实体，它们必 需使崩专门的软件进行造型和编程。计算机应用编程软件生成加工程序都很 长，少则1 - 3 兆，多则几十至几百兆。在此对数据传输的实时性进行多次试验 测试，对于不同大小不同传输距离的程序粉笔进行测试，使用该软件可以达到