（机械制造及其自动化专业论文）mtx数控系统中opc技术的应用研究.pdf

沈阳工业大学硕士学位论文 摘要 随着信息时代的发展，当今数控系统随着计算机的发展也发生了日新月异的变化， 德国的博士一力士乐的m t x 数控系统作为世界新一代的开放式数控系统，以其独特的 优良特性为客户的应用和二次开发提供了良好的平台。本论文是应用当前世界工业控制 通讯的缺省接口o p c 技术，对m t x 数控系统的h m i 进行了二次开发。 o p c 技术是为了不同供应厂商的设备和应用程序之间的软件接口标准化，使其问的 数据交换更加简单化的目的而提出的。用户可以不依靠特定的开发语言和开发环境，可 以自由组合使用过程控制软件组件产品。论文阐述了o p c 技术规范产生的背景、发展 历史以及应用，深入分析了o p c 的技术基础c o m ，论述了c o m 的关键技术。对o p c 服务器的工作原理和o p c 服务器与客户服务端的通讯规范进行了详细的描述和分析 应用o p c 技术规范和可视化v i s u a lb a s i c 6 0 语言，对m t x 数控系统所提供的o p c 服务器进行了客户测试端程序的开发，开发出的客户测试端能够对m t x 数控系统的所 提供的数据进行实时采集和控制。通过对所开发的客户测试端与m t x 系统本身提供的 o p c 客户测试端的通讯数据比较，证明应用v b 语言开发的m t x 数控系统中的o p c 客户测试端工作稳定可靠，而且数据传输率满足要求，能够完成对m t x 数控系统的现 场设备的监控等各项工作。 论文以开发的客户测试端程序为基础，对m t x 数控系统的h m i 界面进行了方案和 程序的设计，重点实现了对轴参数的实时数据采集和机械零件加工过程的图形仿真程序 的开发以及n c 程序的编辑、调用和加工程序的动态显示，其次是实现了故障诊断和帮 助等功能。 关键词：数控系统，m t x ，o p c 技术，人机接口 m t x 数控系统中o p c 技术的应用研究 a p p l i c a t i o ns t u d yo fo p ct e c h n o l o g yi nt h em t x c n c s y s t e m a b s t r a c t w i t hd e v e l o p m e n to ft h ei n f o r m a t i o nt i m e , n o wt h en u m e r i c a lc o n 仃o ls y s t e ma l s oh a d t h ec h a n g ea l o n gw i t ht h ec o m p u t e rd e v e l o p m e n t , g e r m a n y sb o s c h - r e x r o t hm t x n u m e r i c a lc o n t r o ls y s t e ma st h ew o r l dt h en e w g e n e r a t i o no fo p e nn u m e r i c a lc o n 廿o ls y s t e m , p r o v i d et h eg o o dp l a t f o r mf o rt h ec u s t o m e ra p p l i c a t i o na n dt h es e c o n dd e v e l o p m e n t sw i t hi t s u n i q u ec h a r a c t e r i s t i c s t h ep a p e ra p p l i e st h eo p c t e c h n i c a lc r i t e r i o nw h i c hh a saw o r d - w i d e c r i t e r i o nt od e v e l o pt h eh m ii nt h em t xn u m e r i c a lc o n t r o ls y s t e m t h eo p ct e c h n o l o g yi sac o n n e c t i o ns t a n d a r df o rt h ed i f f e r e n ts u p p l ym e r c h a n t e q u i p m e n t sa n dt h ep r o c e d u r ea p p l i c a t i o n s ，s ot h ed a t ae x c h a n g eb e c o m em o r es i m p l i f i c a t i o n t h eu s e rm a yn o td e p e n du p o nt h es p e c i f i cd e v e l o p m e n tl a n g u a g ea n dt h ed e v e l o p m e n t e n v i r o n m e n t , m a yf i r e l yc o m b i n et h ep r o c e s sc o n t r o ls o f t w a r em o d u l ep r o d u c t t h ep a p e r d e s c r i b e dt h eo p ct e c h n o l o g ys t a n d a r d 、p r o d u c e db a c k g r o u n d 、d e v e l o p m e n th i s t o r y ，p r e s e n t a p p l i c a t i o na n df u t u r ef o r e c a s t t h o r o u g h l ya n a l y z e dt h ec o m o fo p ct e c h n o l o g yb a s ea n d e l a b o r a t e dt h ec o me s s e n t i a lt e c h n o l o g y ，t ot h eo p cs e l n e r sp r i n c i p l ea n dt h eo p cc l i e n t s c o m m u n i c a t i o nc r i t e r i o nd e s c r i b e da n da n a l y z e da m p l y u s i n gt h eo p ct e c h n i c a lc r i t e r i o na n dv i s u a lb a s i c 6 0b e g a nt od e v e l o po p c t e s tc l i e n t o f o p c5 e v e ri nt h em t xn u m e r i c a lc o n t r o ls y s t e m t h ed e v e l o p e dt e s tc l i e n tc a nc o n t r o la n d g a t h e rt h ed a t ao fi nt h em t xn u m e r i c a lc o n t r o ls y s t e m c o m p a r i n gt h eo p c t e s tc l i e n t sd a t a b e t w e e nt h ev bd e v e l o p m e n tc l i e n ta n dt h em t xs y s t e mi t s e l f , t h er e s u l tp r o v e dt h a tt h e o p ct e s tc l i e n t sw o r k sd e v e l o p e db yv bi sr e l i a b l ea n dt h ed a t ao u t p u tr a t es a t i s f yw h a tw e w a n t e d , i n c l u d i n ge q u i p m e n tc o n t r o la n dt h ed a t a sg a t h e r i n gi nm a n ya s p e c t s u n d e rt h ec o n d i t i o no f d e v e l o p e dt e s tc l i e n tp r o g r a ma sb a s e b e g a nt od e s i g nt h ep r o j e c t o fh m ii nt h em t x s y s t e ma n dp r o g r a mt h ep r o j e c t , e s p e c i a l l yg a t h e r i n ga x i s sr e a l - t i m e d a t a 、s i m u l a t i n gt h em e c h a n i c a lp a r t sp r o c e s s i n ga n de d i t i n ga n dd y n a m i cd i s p l a y i n g n c p r o g r a mi nt h em t xs y s t e m ，a n o t h e rc o m p l e t i n gt r o u b l e sd i a g n o s e sa n dh e l pf u n c t i o n s k e yw o r d s ：c n c ，m t x ，o p c ，h i v i i 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个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的研究成果，也不包含为获得 沈阳工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。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做了明确的说明并表 示了谢意。 签名：三逝日期：丝! z ：! ：! 关于论文使用授权的说明 本人完全了解沈阳工业大学有关保留、使用学位论文的规定，1 1 1 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名：王窒盈。导师签名：地期：竺z ：! ! 竺 沈阳工业大学硕士学位论文 i 绪论 l 。1 数控技术的地位和特点 数控技术集传统的橇械铝造技术、计算梳技术、信患鲶璐技术、网络遴讯技术、成 组技术、现代控制技术、传感检测技术、微电予技术、液雁气动技术、光机电技术于一 髂，怒瑷代铡造技零的基础f n 。火力发展以数控技术为孩心戆先进制造技零，已成为擞 赛各发达国家加速经济发展、提尚综合国力和豳家地位重瑟途径。数控技术的特点可以 归纳如下闭： ( 1 ) 传雳和她缎上的战珞健； ( 2 ) 技术上静综合性； ( 3 ) 控制上的嶷时性； ( 4 ) 软件上的领域性； ( 5 ) 攫广瘦楚纛戆适瘟毪； ( 6 ) 跟踪上的滞后性； ( 7 ) 发展上的开放性。 1 2 数控技术的发壤移现状 自从1 9 5 2 年麻省理工学院研制出世界上第一台三坐标数控铣床以来，数控系统的 发展融经经历t a 代，大致上可以分为四个发展阶段 3 1 ； ( 1 ) 瑗磐数控黔段 肇期计算机的逡算速度低，远不能适应机床实时控制的要求，人们不得不采用数字 逻辑电路搭建一台专用计算机作为数控装置，被称为硬件遴接数控，简称数k f f n c ) 。傲 赛上第一台数控铣臻瓣数控装璧怒采用电子警、继电器窝模羧奄臻麴戏豹试验嚣辊，遴 称为第一代数控；1 9 5 9 年，晶体管取代了笨重的电子管，缩小了体积，使得工业应用成 为了可能，诞生了第二代数控系统；1 9 6 5 年出现t 4 , 规模集成电路构成的n c ，体积鼹 小，功攀更羝，提褒了虿靠毪，n c 发浸至g 第三健。这一狳羧豹鼗控系统，各秘控铡功 能均由硬件逻辑完成，称为“硬件”控制，其功能简单，灵活性差，设计周期长，系统可 靠性低，因而限制了其进一步的发展和应用。 ( 2 ) 谤粪褪数控系统戆发震纛宠善除段 m t x 数控系统中o p c 技术的应用研究 7 0 年代初，大规模集成电路、半导体存储器、微处理器的问世，使得通用小型计算 机逐渐普及，给数控技术带来了突破性的发展。1 9 7 0 年在美国芝加哥数控博览会上，首 次展出了以小型计算机为核心的计算机数控系统( c n c ) ，标志着数控系统进入了计算 机为主体的第四代。至此，原来由硬件实现的功能逐步改为由软件完成，从此系统进入 了“软连接”数控时代。 1 9 7 4 年，首次出现了采用微处理器芯片的软连接c n c 系统，象征着数控系统进入 了以微机为背景的时代。这一发展真正实现了机电一体化，进一步缩小了体积，降低了 成本，简化了编程和操作，使数控系统达到了普及的程度。 7 0 年代末8 0 年代初，随着大规模集成电路、大容量存储器、c r t 的普及应用，c n c 系统进入了第六代。它虽然仍以微处理器为基础，但控制功能更为完善，具备了多功能 的技术特征，尤其在软件技术方面发展更快，具有了交互式对话编程，三维图形显示和 校验，实时软件精度补偿等功能；在系统体系结构上，开始出现了柔性化、模块化的多 处理器结构，数控系统产品也逐渐实现了标准化、系列化。 ( 3 ) 高速、高精度c n c 的开发与应用阶段 为了实现高速、高精度轮廓的精加工，必须提高微轮廓的解释处理能力和伺服驱动 能力。为保证零件程序的传送、插补、加工线速度控制等连续处理，c n c 系统应具有 足够高的数据处理速度和能力。3 2 位c p u 以其很强的数据处理能力在c n c 中得到了应 用，使c n c 系统进入了面向高速、高精度的第七代。1 9 8 6 年，三菱电机公司率先推出 了以c p u 为6 8 0 2 0 的3 2 位，掀起了3 2 位c n c 的热潮，并逐渐成为当今数控系统的主 流。 ( 4 ) 基于p c 的开放式c n c 的开发与应用 进入9 0 年代，p c 机( 个人计算机) 的性能提高很快，从8 位、1 6 位发展到3 2 位， 足可以满足作为数控系统核心部件的要求，而且p c 机生产批量很大，价格便宜，可靠 性高，数控系统从此进入了第八代基于p c 的c n c 系统阶段。1 9 9 4 年，这种基于 p c 的c n c 控制器在美国首先亮相市场，并在此后得到了高速发展。p c 的引入，不仅 为c n c 提供十分坚实的硬件资源和及其丰富的软件资源，更为c n c 的开放化提供了基 础。 沈阳工业大学硕士学位论文 采用专用计算机组成的数控系统，在选用高性能的微处理器构成分布式处理结构 时，可以获得很高的性能，如多轴联动，高速度、高精度控制，很强的补偿功能、图形 功能、故障诊断功能以及通信功能f 4 】。但是由于不同数控系统的软硬件模块、采用的编 程语言、人机界面、非标准化接口等都存在着很大的差异，这样既影响了不同数控系统 之间的相互集成，又给用户的使用与维护带了很多不便；同时，由于系统的封闭性，又 会进一步阻碍计算机技术的及时应用，不利于数控技术的进步。为了适应激烈的市场竞 争和经济全球化的需要，必须打破数控系统的这一封闭性现状，建立一个全新的开放式 体系结构的数控系统，即开放式数控系统【珂。现在，基于p c 的开放式数控系统，已成 为当今世界数控领域研究和开发的热点，这也为我国缩短与世界发达国家数控技术差距 提供了机遇。 1 3m t x 数控数控系统体系发展概况 m t c 2 0 0 是德国力士乐公司1 9 9 7 年推出的开放式数控系统，是一种模块化的基于p c 的c n c 控制系统可以灵活地应用于加工中心、车床、铣床、磨床及专机和生产线，提供给 用户和机床制造厂的是一个开放的、模块化的控制系统，可以极大地增加生产的灵活性。 m t c 2 0 0 控制系统的c n c 和p l c 组件是标准的工业p c 插卡，它们可以控制最多7 个独立 的c n c 处理器，3 2 根轴及8 1 9 2 个f o 点，它的编程和操作软件工作于f i c r o s o r w i n d o w s n t 操作系统平台，可直接接入以太网( t c p i p 协议) ，支持串行通讯和m o d e m 。m t c 的软件和 硬件模块遵循开放的国际标准，帕现场通讯总线：q t e r b u s 、p r o f m u s 和d e q c 聃t ； 驱动器总线：s e r c o s 光纤通讯接口嘲。但是该系统1 9 版是属于d o s 操作界面，完全不 能够与主流发展的w i n d o w s 操作界面相吻合，大大限制了该系统的推广和应用，尽管后来 2 3 版拥有了w i n d o w s 操作界面，但在功能和操作上还不够完善，随着数控系统发展的需求 和博世力士乐公司的成立，m t c 2 3 版数控系统逐渐的被新代的m t x 数控系统所取代。 k l d i _ a m o f i o nm t x 数控系统是m t c 2 0 0 数控系统的全新发展，博世力士乐公司在原来 力士乐公司的基础上2 0 0 5 年推出的全开放式控制系统，是一套基于p c 的控制器，应用在 金属切削和成型设备领域。控制器具有多任务机制，符合6 11 3 1 - 3 的n c 和p l c 已融为一 体，使得操作简便、统一，系统性能良好。通过s e r c o s 技术h x h - a m o f i o nm t x 能够与智 能式电气传动装置或液压传动装置实现实时通讯。根据需要也可以配置不同的现场总线系 m t x 数控系统中o p c 技术的应用研究 统，以作为其他外阐设备的过程接口装置。在1 2 个互相独立的n c 遥道中，利用一台控制 器就能够在s e r c o s 环中操作最雾6 4 根轴，其中3 2 根可以用做主轴。在i 藩种情况下操作 s 个辍瓣，总能够绦滋l m s 豹殛枣 锤坯辩翅翔。建憩可见完余能够满足不弼鹚户豹霉求。 瓣前国际的高楼、主流的数撩控制系统已缀明确将图形化、集成式盼缔程系统作为扩 展数控系统的功能、提高数控系统人机交互方溅友好性的重要途径。而这种发展趋势无疑 氇对数控系统戆软髂髂系结稳襄乎台技术提氆了曼襄熬要求。嚣全毅魄醛 x 数控系统东怒 适应了这种需求，为客户提供了良好的人机交互方式，客户利用m t x 数控系统支持的o p c 技术，w 以对m t x 数控系统的h m i 进行完全的开发，从而能够更友好方便快捷的满足实 嚣嚣求。 1 4 课题产生的背景及研究的内容 我匿有着雄厚的正业基础，问时也肩负着蹩大的结构调整、设备改遗和生产优化铸 疆垂敬强务，淀阳掺为全蓬戆老黑监基逮，褒税凑翻造照豹承孚主一妻鲶子全鏊领先鹃 地位。作者所在的沈阳工业大学工业机器人研究所，近年来在开发一种多轴连动的专用 高精数控机床，为该机床配备了博世- 力士乐公司的m t x 数控系统。 零漾逶鼍在秀发一令基于o p c 按泰魏数控系统雾瑟，骧m t x 数控系统为平台，霞 该系统能够抛开原商的h m i 界耐，允许用户根据自己产晶的特点开发出鲜明特色的界 面，具体的研究工作主要从以下几个方面展开： ( 1 ) 全瑟掌搓m t x 数控系统豹工终蒙壤簿傍囊臻熊鹣应震，薤够强计算褪主瘦麓 m t x 数控系统的仿真软件配置所需的数控系统硬件并模拟遮行。 ( 2 ) 掌握o p c 技术和客户端开发的基本原理。将阐述o p c 技术规簿产生的背景、 发爱瑟受疆及痤羯，深入分辑o p c 瓣技零萎鼢c o m ，论述c o m 瓣关键技术。慰o p c 服务器的工作原理和o p c 服务器与客户服务端的通讯规范进行详细的描述和分析 ( 3 ) m t x 数控系统中o p c 客户测试端砖o p c 服务器的数据通讯研究。对m t x 数控系统静客户溺试端透行程枣释赛瑟竣诗，获嚣能够完成o p c 客产壤驽m t x 数控系 统的通讯。 ( 4 ) o p c 技术在m t x 数控系统h m i 中的开发与仿真。以开发的客户测试端程序 魏基确，对m t x 数控系统酶h m i 赛瑟迸露了方案帮程序的设计，重点磷究霹辘参数麓 沈阳工业大学硕士学位论文 实时数据采集和机械零件加工过程的图形仿真程序的开发以及n c 程序的编辑、调用和 加工过程的动态显示，其次是研究故障诊断和帮助等功能。 m t x 数控系统中o p c 技术鲍应用研究 2 酝弱( 数控系统麓概述 2 1m t x 数控系统的介绍 m 儆数控系统作为世器上掰技静开放戏数控系统豹我表，最耨黢豹数控平台， 满足了现代制造她系统对开放性和灵活性的需求。i n d m m o t i o n m t x 是一套积木似的功能 模块。它可根据客户浠求来设计龠适的c n c 方紫。它们的性能和功能都是可升级的，具有 各静苓麓应用豹硬终翔较毋选顼：s e r c o s 按1 2 1 ( 标准豹骥凌接口) ；瑷璐总线接弱蠢 p r o f i b u sd p 、i n t e r b u s 、a s i 和d e v i e e n e t ；i e c 6 11 3 1 3 国际标准p l c t 数据和控例 通i k 一- e t h e m e t ；数据存储格式凇m ，：p l c 和c n c 数据接d - o p c t s 。 l m d r a m o t i o nm t x 一共有理秘舨本： ( t ) 软件版i n d m m o t i o nm t x 一种经济的软件控制方案，操作和编程以及控审l j 和数字 驱动的连接，全部使用标准p c 。最多为8 轴，2 个通道、s e r c o s 最小循环周期为3 m s 。 计算挽瓣处理爨运行速麦决定7 系绫戆整毙。凝瓣谤算梗豹琰绰、操终设器秘应委要求， 选配褶应的软件包。 ( 2 ) 紧凑型i n d r a m o t i o nm t x 硬件安装在标准机架导轨上，系统提供标准接口，8 务 裹速i o 蠢准爨庆功筏，最大可控潮8 擐数字辘，2 令逯道、s e r c o s 最冬缓强弱麓燕3 m s 。 可与全部的操作和最永设备连接，集成一个扩展接口用于连接扩展的i o 设备。功能化的模 块可升级使用特殊的接口。由于模块化的系统使用了分布式的控制设备，紧凑型的 i n d r a m o t i o am t x 懿嚣骞令块遽e t h e m e t 接翻矮子数据霹羧裁联耀。系统述配置了一令 p r o f i b u sd p 接口，用于连接分布式i o 设备及小型h m i 5 乏备。 ( 3 ) 标准版i n d r a m o t i o nm t x 一套基于p c 的c n c 系缆标准的机床控制系统。c n c 彝p l c 经毒l 器集袋必一块热嚣登王娩诗霎秘豹疆专。最多霹羧麓3 2 令数字辘| 2 令独立豹 c n c 通道、s e r c o s 最小循环周期为l m s 。工掇机可与现代他的企业i t 网络集成一体。补 对操作编程和和快速通讯，系统配肖个完整的软件包。 ( 4 ) 毫往裁旋i n d r a m o t i o nm t x 一静疆专戏c n c 控割器，嚣囱浆是爨鸯特臻要求懿 加工。缴大可控制6 4 个轴，1 2 个独立的c n c 通道，复杂的插补轴通道和阿步特殊运动轨 迹快速i 部件等等。商性能版i n d m m o f i o nm t x 打包为一个邋用于特殊操作要求的改进烈 工鲎p c 翡捶专，蘧舞要求爨床豹系统方案 9 1 。 沈阳工业大学硕士学位论文 2 2m t x 数控系统的组成及工作原理 2 2 1m t x 数控系统的硬件组成 ( 1 ) v d p 可靠的工业计算机，可以用来控制、操作、显示一个完整的方案，c n c 和p l c 集成在此高性能的工业计算机中。加固型的v d ph m i 适用于工业环境，操作 键版本、触摸屏版本及各种尺寸的显示屏可以满足各种应用的需求【1 0 1 ( 2 ) i n d r a c o n r o lv a k 人体力学工业键盘，紧凑性的i p 6 5 抽屉式键盘带一个集 成的鼠标，安装方便。键盘关闭时可达i p 6 5 防护等级。还有一种安装在显示器型的键 盘，也可以和v s p 、v d p 、b t v 相匹配。 ( 3 ) i n d m c o n r o lv a m 一方便的机床操作面板，与力士乐的操作显示设备配套，显 示设备包括v s p 、v d p 和b t v 。v a m 上的p r o f i b u s d p 接口用于和控制器连接。 ( 4 ) i n d m c o n r o lv e h 和v c p - d , 型的显示和控制设备，手持式i n d r a r , o n r o lv e h 可以快速方便地操作机床、设置参数和运行诊断显示。一个以太网接口，一个具有安全 专业安全认证的三段式作用开关，一个标准配置的s t o p 按钮，上述配件为标准配置。 选配件：电子手轮，倍率开关。小型的i n d r a c o n r o lv c p 控制终端是显示和故障诊断的。 单色或彩色，带键或触摸屏是可选的串行通讯或现场总线接口。 ( 5 ) p 6 0 和p 4 0 完整的c n c 和p l c 控制卡，该卡为p c 卡版本，这个c n c 模块 具有c n c 和p l c 功能。它的高性能体现在：最多可控制6 4 根轴最多有1 2 个独立的 c n c 通道，不但可以和力士乐的p c 相连接也可以和其它的p c 机通过p c i 接口来连接。 标准的配置：p i f m u sd p 接口，可以连接i o 模块；连接i o 智能的驱动接口 s e r c o s ；以太网接口可以连接外围设备。 ( 6 ) i n d r a c o n r o li a 0 标准的机架安装形式c n c ，紧凑型集中装配版本，标准的d i n 机架导轨安装，p l c 和c n c 集成一体。标准配置：一个p r o f i b u s d p 接口，一个s e r c o s 接口，一个e t h e r n e t 接口。标准的i o 部件可以用模块扩展，模块化的高速接口可用于 现场总线、轴、或其它接口的扩展。 ( 7 ) i l i n e 灵活的i o 系统。支持下列接口：p r o f i b u sd p ，矾1 1 1 i u ；u s ，d e v i c e n e t 和s e r c o s 接口，数字式和模拟式i o 部件，及连接传感器和制动器的相应组件。 m t x 数控系统中o p c 技术的应用研究 ( 8 ) f i e l d l i n e i p 6 7 防护的i o 模块，紧凑型的f i e l d l i n ei o 单元可用于机器的现场 和传感器或制动器的连接，有效减少配线成本和安装时间。有输入、输出或组合模块， 支持p r o f i b u sd p ，i n t e r b u s ，d e v i c e n e t 总线。 ( 9 ) 力士乐i n d r a d r i v e 完整、智能、可靠的驱动系统，它的最大优势是有完整的软 件和硬件、智能化的功能和可靠性，功率范围：1 k w - 11 0 k w ，并且这些紧凑型驱动模 块和模块化的驱动模块可以灵活的组合，与高动态的直线、旋转电机连接，不管是智能 化的单轴应用或复杂的多轴应用，都可以获得满意的解决方案 i l l 。 根据以上硬件的描述，客户可以根据自己的需求，配置高端和标准中的不同类型数 控系统和伺服系统。图2 1 所示为p ci p c4 0 2n p b 4 0 1 和v d p 4 0 等硬件配置成的数控 系统。 图2 1m t x 数控系统中的一种硬件配置方案 f i g 2 1o n eo f h a r d w a r ec o n f i g u r ep r o j e c ti nt h em t x c n c s y s t e m 2 2 2m t x 数控系统软件的组成与功能 系统软件i n d r a w o r k s 是m t x 数控系统软件总成，主要由e n g i n e e r 软件、i n d r a l o g i c 软件、w i n s t u d i o 软件和o p e r a t i o n 软件组成。e n g i n e e r 软件是其它软件的平台，在该软 件中配置m t x 数控系统p r o j e c t ，p r o j e c t 是我们在实际应用中系统方案的工程，其它的 一8 沈阳工业大学礤士学位论文 软终秀该p r o j e c t 鼹务。下瑟将耀逐m t x 数控系统主要维藏爨分豹主要秘筑嚣瑟涉及懿 软件。 ( 1 ) t 程参数部分： 该囊分是磊来裁建工程纛繇爨参数，参数毯捂逶遂参数、辘参数窝驱动器参数，懿 图2 2 所示。对于参数的设置在i n d r a w o r k s 的e n g i n e e r 软件中进行，对予参数的划分首 先要对通道参数划分，c m p 6 0 卡提供了最多可以划分1 2 个通道。通道的童要参数有最 大捶零 速度貔设定，最大送给镶攀戳及绑定主辘等珏2 1 。对学辘懿参数设鬻惫据辘藩予 哪个通道、是否激活软极限、轴的最大速度加速度以及轴的逡转是否处于模态方式，对 于主轴的设置包括拳轴倍率、属予哪个主轴组、点动速度以及进行换挡等。最多可以有 舔穰辘。 图2 2m t x 数控系统中e n g i n e e r 软件界面 f i g 2 2e n g i n e e rs o f t w a r ep i c t u r ei nt h em t xc n cs y s t e m m t x 数控系统中o p c 技术的应用研究 对于驱动器参数的设置首先要安装d r i v et o p 软件，利用这个软件可以对参数进行 设置，首先选择驱动器的类型，这一点m t x 具有完全的开放性，然后在进行其它参数 的设置包括绝对格式、模态格式的选择、位置限制、错误反应等，另外也要对s e r c o s 参数进行设置，s e r c o s 光缆环总的循环时间在2 m s 以内，最少是l m s 。随着s e r c o s 技术的发展，目前基于s e r c o s i i i 的以太网通讯系统循环扫描时间最小为0 2 5 u s 1 3 】。 ( 2 ) n c 程序部分： n c 程序在o p e r a t i o n 软件的n c 编辑器中进行，也可以在文本文件中编辑，然后调 入执行。该部分内容包括g 代码编程和c p l 语言两部分内容，0 代码用来对机床的运 动控制，该部分符合d i n 6 6 0 2 5 国际标准，因此具有良好的交互性，此外m 功能使控制 更加方便。对于c p l 语言，它是一种高级语言主要用来进行计算，插补计算可以在这 里进行。此外c p l 语言和g 代码语言还可以同时执行【1 4 1 ，这在实际应用过程中确保机 械零件的加工精度和实时响应非常重要。 ( 3 ) p l c 部分： 在m t x 数控系统中，在p l c 中实现了轴的运动和各种辅助功能，保证各种运动功 能的实现。p l c 程序的开发在i n d r a l o g i e 软件中进行，开发界面如图2 3 所示。该软件 提供四种符合国际规范的编辑语言，梯形图语言( l d ) 、功能模块图语言( f b d ) 、指 令表语言( i l ) 和流程图语言( s f c ) 。在程序的设计编排上采用模块化设计，在程序 的设计完毕后，可以进行模拟仿真。下面介绍几个系统的标准功能模块：t o o g g l e 功 能模块的作用是改变输出信号的状态；f l a s h 功能模块的作用根据t i m eo n 的输入时 间和t i m e o f f 的输入时间来决定时间间隔；o p m o d0 4 功能模块可以和n c 程序联系， 以实现数控程序自动和手动的切换。以上介绍了几种功能模块，力士乐p l c 系统中还 有很多如此的标准模块。其p l c 的开放性还表现在可以根据需要，编写新的功能模块， 在很大程度上提高了编程者的效率。 沈阳工业大学礤士学位论文 图2 3m t x 数控系统中m d r a l o g i c 软件界面 f i g 2 3h d r m o # cs o t t w a r ep i c t u r e n 氆em i xc n cs y s t e m ( 4 ) 几种特殊功能软件 1 ) e - m a i l 故障信息推送； 2 ) 智能维护管璇系统； 3 ) 远程诊断。 4 ) 搬难部分： m t x 系统懿搡律在如图2 a 掰示的画蟊巾邈行，蠡齐h m i 画蟊屠，缓嚣所显示鹃 m 键、f 键、o p 键以及操作面板的空白处都可以进行编辑定义。数控系统的图形仿真 和轴的数据显示部分可以通过w i n 蚋l d i o 软件来编辑操作，爝户可以根据机床和系统的 需要，瓣m t x 数羧系统敢操作释编程界面避稽修改。除了标准的显示赛瑟井，焉户接 口提供了标准的接口，支持第三方的a c t i v e x 控件。如用予机床监控的照相显示等【1 5 l 。 m t x 数控系统孛o p c 技术的应用研究 图2 4m t x 数控系统中o p e r a t i o n 软件界面 f i g 2 4o p e r a t i o ns o f t w a 船p i c t u r ei nt h em t x c n cs y s t e m 2 3m t x 数控系统的仿真 为了方便应用和难广m t x 数控系统，媾士。力士乐公露推出了该数控系统的仿真 舨，就软件只需安装在普通话算褫的w i n d o w sx p 或n t 系统下，在无硬件配譬的情獯 下，应用此仿真版软件完全能够模拟的m t x 数控系统的实际运行。 操俸步骤是：蓠先打开m t x 数控系统的仿真器，如图2 5 辑示。然藤在e n g i n e e r 软 释中谶行p r o j e c t 的创建，p l c 、n c 、h m i 藕控靠面版的设计与编辑，激后应用m t x 数控系统的操作面版( 如图2 6 所示，) ，与仿真器一起用的为仿真的面板，整个系统的 当翦状惫链够在o p e r a t i o n 软件麴h m i 界蔼中鼹示出来。 在m t xe m u l a t i o n 能够取代p 4 0 p 6 0 硬件卡前提下，能够仿真m t x 数控系统，穰 据该系统支持的o p c 技术，对该系统的h m i 谶行二次开发。 沈阳工业大学硕士学位论文 图2 5m t x 数控系统仿真器 f i g 2 5m t x e m u l a t i o nd e v i c e 图2 6m t x 数控系统操作面版 f i g 2 6m t x c o n t r o lp a n e l 1 3 一 m t x 数控系统中o p c 技术的应用研究 2 4 m t x 数控系统中的o p c 技术 尽管该系统本身提供的标准界面比较完备，但对于需求较高的用户，尤其是专机还 有一定的不足，在程序生成以及动态仿真和实时监控等方面都需要进一步的开发。该系 统提供了o p c 技术，内部的o p c 服务器负责采集m t x 系统内部的数据源，外面的o p c 客户应用端对o p c 提供的数据进行应用。对于m t x 系统内部的数据，m t x 系统已经 对的相关的数据单元，主要分成了四类，分别是系统数据、n c 数据、通道专用数据和 诊断数据。数据内部的单元对应数控系统不同的功能。o p c 客户端的开发者只需对这些 数据单元进行调用，就可以达到监控目的。 o p c 技术对m t x 系统的h m i 界面进行二次开发，对于m t x 数控系统的开发和应 用都进入了暂新的阶段u 6 1 。 沈阳工业大学硕士学位论文 3o p c 技术 3 1o p c 规范的特点和发展概况 o p c 全称是o l ef o rp r o c e s sc o n t r o l ，它的出现为基于w i n d o w s 的应用程序和现场 过程控制应用建立了桥梁，为连接数据源和数据的使用者之间的软件接口标准。在过去， 为了存取现场设备的数据信息，每一个应用软件开发商都需要编写专用的接口函数。由 于现场设备的种类繁多，且产品的不断升级，往往给用户和软件开发商带来了巨大的工 作负担。通常这样也不能满足工作的实际需要，系统集成商和开发商急切需要一种具有 高效性、可靠性、开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序。在这种情况下，o p c 标准应运而生。o p c 标准以微软公司的o l e 技术为基础，它的制定是通过提供一套标 准的o l 副c o m 接口完成的，在o p c 技术中使用的是o l e2 技术，o l e 标准允许多台 微机之间交换文档、图形等对象“7 】。 o p c 基金会( o p cf o u n d a t i o n ) 是管理o p c 标准的国际组织，其成员几乎包括了世界 上所有的控制系统、仪器仪表和过程控制系统的主要供应商。o p c 规范就是这些领先的 自动化软硬件供应商与微软公司合作，制定的一套标准的o l e c o m d c o m 接口协议。 o p c 技术在今天的工业领域的广泛应用，也经历了不同的发展阶段。 第一阶段在1 9 9 6 年8 月由o p ct a s kf o r c e ( o p cf o u n d a t i o n 的前身) 发布了o p c i 0 版本。随着1 9 9 7 年2 月m i c r o s o f t 公司推出w i n d o w s 9 5 支持的d c o m 技术，1 9 9 7 年9 月新成立的o p cf o u n d a t i o n 对o p c 规范进行了修改，发布了o p c 规范1 0 a 版，改名 为数据存取规范1 0 a 版( d a t aa c c e s ss t a n d a r d ) 。增加了数据访问等一些标准，o p c 规 范得到了进一步地完善。 1 9 9 8 年推出o p c2 0 版本，修正了1 0 版本的一些错误，新增了几个接口，调整了 数据通信的方法，使程序更稳定和健壮 1 9 9 8 年1 2 月发布了报警事件规范1 0 版。1 9 9 9 年1 2 月升级到1 0 1 版。1 9 9 8 年还 发布了历史数据存取规范1 0 版。 2 0 0 0 年1 月发布了批量过程规范1 0 版。同年l o 月发布了安全性规范1 0 版。现在 网络技术迅猛发展，作为其新技术之一的可扩展标记语言( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e 。 x m l ) t e 常适合不同应用程序间的数据交换，o p c 基金会专门成立了x m lt 作组，正 m t x 数控系统中o p c 技术的应用研究 在努力制定将o p c 数据向i n t e m e t 上的应用程序开放，从而增强与o p c 兼容应用程序 的电子商务功能的规范【1 羽。 o p c 技术在国外已经具有多年的发展历史，已经在过程控制和自动化领域中进行了 大量的应用。而最近，随着c e 等嵌入式系统的兴起，一些大型的跨国公司正在开发可 供嵌入式系统使用的o p c 。n e t 技术加入到o p c 规范中去，使其适应x m l 技术， o p c 又有了进一步的发展应用。当前o p c 在国外已不仅仅局限在过程控制领域的应用， 已经有使用o p c 规范成功搭建微波通讯网络的报导，这使o p c 的应用跨入了更广阔的 空剐1 9 1 。 当前国内对o p c 规范在过程控制领域也做了大量的推广和研究，在电力、化工、 水处理、造纸、智能建筑以及国防领域都有广泛的应用，如电厂电力设备监控、化工流 程控制、造纸工业制浆过程d c s 控制、智能建筑弱电系统集成。由于其巨大的技术优 势和经济优势在国民经济和国防建设中发挥了良好作用。现在国内已经有一些公司加入 到o p c 基金会，成为其会员，并开发出一些支持o p c 技术的工控软件，如北京亚控公 司的“组太王”，投放市场后获得了用户的良好反应。 3 2 0 p c 规范术语 o p c 规范作为一个工业标准，是开发o p c 服务器与o p c 客户软件之间数据传输的 规范，已经形成一个体系。根据开发软件功能的不同，o p c 规范包括以下几个部分： o p c 数据存取( d a t aa c c e s s ) 规范、o p c 报警与事件( a l a r ma n de v e n t ) 规范、o p c 历史数 据存取( h i s t o r i c a ld a t aa c c e s s ) 规范、o p c 安全( s e c u r i t y ) 规范、o p c 批处理( b a t c h ) 规范、 o p c 服务器数据交换( d a t ae x c h a n g e ) 规范和o p cx m l 规范。 数据访问规范：定义了o p c 服务器中一组c o m 对象及其接口，并规定了客户对服 务器程序进行数据存取时需要遵循的标准。借助m i c r o s o f t 的d c o m 技术，o p c 实现了 高性能的远程数据访问能力。 报警和事件处理规范：该规范提供了一种通知机制，在指定事件或报警条件发生时， o p c 服务器能够主动通知客户程序。 历史数据访问规范：该规范提供一种通用历史数据引擎，可以向感兴趣的用户和客 户程序提供数据汇总和数据分析等额外的信息。 沈阳工业大学硕士学位论文 安全性规范：该规范提供了一种专门的机制来保护o p c 服务器中的现场数据，防 止未授权的操作修