数控机群数据信息采集系统的研究与设计

2 0 1 1 年 5月 第 3 9卷 第 1 0期 机床与液压 MACHI NE T0OL HYDRAUL I C S Ma v 2 01 1 V0 1 3 9 No 1 0 D O I 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 1 0 0 3 0 数控机群数据信息采集系统的研究与设计 陈贤清 黄河 古文伟 喻声频 田泽民 1 宜宾职业技术学院实训中心 四川宜宾 6 4 4 0 0 3 2 宜宾职业技术学院现代制造工程 系 四川宜宾 6 4 4 0 0 3 摘要 针对异构数控机床不同的数据接 口 进行数据采集方法的研究 对西门子数控系统采用 O E M软件方式和数据 采集装置方式实现数据的采集 对 F A N U C系统采用 F O C A S 方式和宏程序方式实现数据的采集 实践证明 在不增加大量 硬件设备的情况下 通过软件技术实现异构数控机群的信息集成 是一种经济实惠的选择 关键词 机床群控 数据采集系统 O E M软件 宏程序 中图分类号 T P 2 7 4 T P 3 1 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 1 0 0 9 9 3 Re s e a r c h a n d De s i g n o f Da t a Ac q u i s i t i o n S y s t e m f o r DNC CHE N Xi a n q i n g HUANG He GU We n w e i YU S h e n g p i n T I AN Z e mi n 1 P r a c t i c e T e a c h i n g C e n t e r Y i b i n V o c a t i o n al T e c h n i c a l C o l l e g e Y i b i n S i c h u a n 6 4 4 0 0 3 C h i n a 2 D e p a r t me n t o f Mo d e m Ma n u f a c t u r e E n g i n e e r i n g Yi b i n Vo c a t i o n al T e c h n i c a l C o l l e g e Y i b i n S i c h u a n 6 4 4 0 0 3 C h i n a Ab s t r a c t Da t a a c q u i s i t i o n me t h o d s w e r e r e s e a r c h e d a i mi n g a t d i ff e r e n t d a t a i n t e r f a c e o f h e t e r o g e n e o u s C NC ma c h i n e t o o l s T h e O EM s o ftw a r e me a n s a n d d a t a c o l l e c t i o n d e v i c e me a n s we r e u s e d t o a c h i e v e d a t a c o l l e c t i o n f o r S I EME NS CNC s y s t e m w h i l e F OCAS me a n s a n d ma c mp m a m me an s we r e u s e d for F ANUC C NC s y s t e m P r a c t i c e p r o v e s t h a t i t s a c o s t e ff e c t i v e o p t i o n t o a c h i e v e i n f o r ma t i o n i n t e g r a t i o n o f h e t e r o g e n e o u s DNC s y s t e m t h r o u g h s o f t w a r e t e c h n o l o g y w i t h o u t i n c r e a s i n g a l a r g e n u mb e r o f h a r d wa r e d e v i c e s Ke y wo r d s DNC Da t a a c q u i s i t i o n s y s t e m O EM s o f t Ma e rop m a m 随着制造业信息化 的迅速发展 制造执行系统 M E S Ma n u f a c t u r i n g E x e c u t i o n S y s t e m 在生产计划的 优化调度 生产过程的改进等方面起着越来越重要的 作用 而工业现场机床数据采集为 M E S提供了大量 的基础数据 为企业管理者做出正确决策提供了最真 实 可靠的依据 因此 通过对 由各种数控机床组建 的数控机群的机床工作状态进行数据采集和监控 实 现生产管理信息的集成 对企业生产信息化建设具有 非常重要的意义 1 数控机床数据采集方法的研究 不同厂家生产的数控机床 数据接口不同 采集 机床工作状态数据时 主要从以下几个部分提取信 号 数控系统 机床操作面板 P L C和驱动器等 如 图 1所示 针对不同的机床 不同的接 口 主要有以下 4种 数据采集方式 图1 数控机床数据采集信号来源 收稿 日期 2 0 1 0 0 4 2 6 基金项目 四川省宜宾市重点科技项 目 2 0 0 9 0 2 0 2 6 作者简介 陈贤清 1 9 6 5 一 男 本科 讲师 主要从事实践教学管理 实验室建设 机械加工类课程的教学与研究 通 信作者 黄河 电话 1 5 8 9 2 5 2 9 0 0 5 E m a i l s c h h v i p q q c o rn 1 0 0 机床与液压 第 3 9卷 1 1 基 于 O E M软件的方式 对于 F A N U C S I E ME N S等部分高档数控 系统 数控系统生产商提供的 O E M软件 为系统的二次开 发提供了丰富的接口 可以非常方便地实现数控设备 连人工业局域网和实现设备状态采集及远程控制 1 2 基于数据采集监控装置的方式 对于开放性较差的普通数控 系统 针对生产厂 家 数据接口 网络协议等方面各不相同的情况 可 采用数据采集监控装置进行数据采集 该装置主要采 集两部分数据 一部分是模拟量和数字量信号 另一 部分是数控系统输出的数据 1 3 基于宏程序的方式 对于 F A N U C和三菱数控系统 采用宏程序 通 过机床串口可以向外发送当前工作状态信息 1 4特殊上报 的方式 对于非数控设备 可以采用特殊上报的方式 即 机床操作者通过输入 显示装置输入设备的运行状态 报警信息 报警次数以及处理方法等信息 2 西门子数控 系统的数据采集设计 2 1 基 于 O E M 软 件 方式 的数据 采 集 1 O E M 软件介绍 西门子提供的 O E M软件有 3种 WS 8 0 0 A软件 MM C 1 0 3软件和 N C O E M软件 O E M软件通过 O P C O L E f o r P r o c e s s C o n t r o 1 和 S i n u m e r i k C O M接口实现应用程序与 N C P L C的通讯 系统中 MM C N C K和 P L C之 间数据 的传递是通过 N C D D E服务器实现的 其数据传递如图2所示 图 2 N C D D E服务器数据传递图 2 数据采集软件设计 O E M软件提供了 R e g i e 管理程序 实现系统初始 化 系统启动 系统加载和 MM C的动态链接库 还 提供了 N C D D E服务器 实现系统中的信息与界面上 的信息传递 应用程序系统配置 主要包括 命名 程序管理器文件 R e g i e i n i 的 配置 和系统初始文件 的配置 数据的通讯 采用动态数据交换 D D E 建立通信链路 这 是一种开放的 与语言无关的 基于消息的协议 在 数据更新时不需要用户参与即可完成数据交换 机床当前状态信息的读取 变量的读取 在每个区域 变量以结构体形式存 储 因此 在读取变量时 地址中必须包含以下信息 区域 区域号 模块 变量名 或者列号 行号 变量读取过程如下 通过 D D E建立连接 使用 全局变量 g c h N D D E s e r v e r N a m e 作为链 接句柄 下面以读取一个轴的名称为例说明程序代码的编写 S u b F o r m l o a d A c h s n a m e 0 1 i n k T o p i c g c h N D D E s e r v e r N a m e A c h s n a m e 0 1 i n k l t e m C h a n n e l M a c h i n e A x i s n a ln e 1 A c h s n a m e 0 1 i n k M o d e 2 A c h s n a m e 0 1 i n k R e q u s t En d s u b i l a r f l e 1 中 1 表示第一个轴的名称 其具体表达 式为 变量名 c u S t a r t l n d e x E n d I n d e x C是指 N C K中数组变量的列索引 u是单元索引 S t a r t l n d e x 代表被读取的数组变量的第一个值的索引 E n d I n d e x 可选择 代表要读取的数组变量值的个数 报警信息读 取 在 M MC 1 0 3中 报警文本存放 在 F s i e m e n s目录 M MC 2和 D H文件夹下面的 MB子 目录里面 报警的设置文件是 MB D D E I N I 通过调 用变量可以读取当前报警号和报警信息 2 2 基于数据采集装置方式的数据采集 1 数据采集装置设计 数据采集装置采用 S E P 4 0 2 0 A R M微处理器 其 中数据采集模块由模拟量采集模块和数字量采集模块 两部分 组成 模拟量采集模块主要由传感器 多路开关 A D 转换电路和电平转换电路等几部分组成 主要采集主 轴电压 主轴电流 伺服 电机转速 电机转矩 等信 号 数字量采集模块采用光电隔离装置 以保证输入 信号稳定 抗干扰 主要采集机床报警 机床倍率 机床面板程序启停和机床电源开关等信号 该装置中 共设计 1 6路数字量通道 数据采集模块电路框图如 图 3 所示 图3 数据采集模块电路框图 1 0 6 机床与液压 第 3 9卷 3 根据现场实验 在通讯过程 中 P L C接收和 返回应答需要一定时间 而上位机的运行速度远远快 于 P L C 所以如在同一按钮响应函数中 对一个 以上 的位元件进行设置 必须在两段通讯命令代码间设置 一 段延时 具体时间根据 P L C扫描周期决定 原则 上略长 于扫描 周期 4 系统应用 所开发的板材液压成形监控系统已成功应用于摩 托车油箱的液压成形 实现了成形过程的柔性化 自 动化 信息化 图5为实时监控画面 图5 实时监控画面 与未使用该监控系统前相比较 实验过程中的成 形力和压边力变化过程一目了然 可与拟定的加载曲 线实时对 比 尤其是在一次实验效果不理想 的情况 下 可方便快捷地在上位机修改加载曲线形状 即可 开始第二次实验 避免了在 P L C编程软件中修改曲 线的繁琐步骤 节省了生产时间 另外 该系统最大 的优势体现在对实验产生数据 的可选择性保存和管 理 通过对实验后数据的分析 可对本次实验进行总 结和评价 一并写人数据库保存 为下次实验提供科 学依据 5结束语 液压成形技术 自诞生以来一直受到世界各国研究 者的关注 与发达国家相较 我国在这一领域还有不 小的差距 其 中液压成形专用设备及生产过程 自动 化 柔性化和信息化研究是当前热点之一 板材液压 成形监控系统的研发是对液压成形技术研究手段的促 进 可有效改善工艺参数的定量化研究 可作为液压 成形专用设备研发方面的一次有益的探索和尝试 对 开发具有较高应用价值的液压成形行业监控系统软件 有借鉴意义 参考文献 1 李明亮 基于普通液压机改造的板材成对液压成形控制 系统研究 D 广东工业大学 2 0 0 5 2 徐景周 V C 6 0 中使用 A D O操作 A c c e s s 数据库 巧巧读 书首页 程序开发 V i s u a l C M F C 2 0 0 8 0 l 一 0 1 3 刘杰 板材液压成形监控管理系统研究及开发 D 广 东工业大学 2 0 0 6 4 求是科技 V i s u a l C 6 0 数据库开发技术与工程实践 M 北京 人民邮电出版社 2 0 0 4 5 刘瑞芳 用 C h a r t 控件绘制动态图表 J 计算机世界 2 0 0 7 2 9 6 林青松 胡方霞 刘杰 V i s u a l C 案例开发 M 2 版 北京 中国水利水电出版社 2 0 0 5 上接第 1 0