1、 可修改 歡送下載 精品 Word 可修改 歡送下載 精品 Word 可修改 歡送下載 精品 Word數(shù)控機床(sh kn j chun)DNC通信和管理系統(tǒng)的研究(ynji)與設計摘要(zhiyo)近年來，隨著計算機等方面的相關核心技術以及互聯(lián)網高新技術的飛速變化，當前制造(zhzo)系統(tǒng)的網絡化以及(yj)集成化時其開展的大趨勢。制造系統(tǒng)的網絡化、集成化對于提高企業(yè)競爭力起到非常重要的作用。其中投資本錢較低，信息高度集中，以及效果明顯等是數(shù)控機床群的顯著特點，這對于企業(yè)來說很有意義，能夠完成CAD/CAM一體化的建設。所以，DNC技術已經被越來越多的企業(yè)所采用，DNC技術對于企業(yè)數(shù)控車間的

2、信息集成和數(shù)控設備的信息集成具有重要的作用和意義。在本文中，主要針對研究了當前國內企業(yè)的實際生產情況，其中的局域網設置為企業(yè)的通信基層，通過運用串口效勞器以及軟插件等等技術完成數(shù)控儀器的相關聯(lián)網，數(shù)控機床的DNC通信與管理系統(tǒng)從而被創(chuàng)立。系統(tǒng)可以實現(xiàn)對于數(shù)控機床的信息采集和管理，可以實現(xiàn)計算機與數(shù)控機床之間的互相連接和信息的傳輸交換，此外還可以實現(xiàn)企業(yè)辦公管理信息與車間生產加工信息的互相連接。關鍵詞：數(shù)控機床；DNC技術；通信和管理系統(tǒng)Abstract 隨著(su zhe)計算機等方面的相關核心技術以及互聯(lián)網高新技術的飛速變化，當前制造系統(tǒng)的網絡化以及(yj)集成化時其開展(kizhn)的大趨

3、勢(qsh)。目前(mqin)網絡化集成技術是數(shù)控機床群最顯著的特點，是企業(yè)提高自身競爭力的關鍵。其中，它主要注重投資小、集成信息流、見效快等特點，所以CAD/CAM一體化是企業(yè)非常關鍵的過程，同時也是解決制造業(yè)信息化需求的重中之重。DNC技術得到越來越廣泛的應用,目前能夠實現(xiàn)設備集成與數(shù)控車間信息集成和集的最主要的方式為DNC，因此得到很多的名企的使用。在本文中，主要針對研究了當前國內企業(yè)的實際生產情況，其中的局域網設置為企業(yè)的通信基層，通過運用串口效勞器以及軟插件等等技術完成數(shù)控儀器的相關聯(lián)網，數(shù)控機床的DNC通信與管理系統(tǒng)從而被創(chuàng)立。系統(tǒng)可以實現(xiàn)對于數(shù)控機床的信息采集和管理，可以實現(xiàn)計算

4、機與數(shù)控機床之間的互相連接和信息的傳輸交換，此外還可以實現(xiàn)企業(yè)辦公管理信息與車間生產加工信息的互相連接。In recent years, with the rapid development of computer technology and Internet technology, the development of manufacturing system has become more and more integrated and networked. The network and integration of the manufacturing system play a ve

5、ry important role in improving the competitiveness of enterprises. CNC machine tool group has the characteristics of high degree of information concentration, low investment cost and remarkable effect, which is of great significance for enterprises to realize CAD / CAM integration. Therefore, DNC te

6、chnology has been adopted by more and more enterprises, DNC technology for enterprise numerical control workshop information integration and numerical control equipment information integration has an important role and significance. The research of this paper is based on the actual production scale

7、of Chinese enterprises, the enterprises local area network is set as the bottom of communication, the use of soft plug-in technology, serial server and other technologies for CNC equipment networking work, on the basis of the creation of CNC machine tools DNC communication and Management system. The

8、 system can realize the information collection and management of the CNC machine tool, which can realize the interconnection between the computer and the CNC machine tool and the exchange of information. In addition, it can realize the interconnection between the enterprise office management informa

9、tion and the workshop production and processing information.Key words: CNC machine tools; DNC technology; communication and management system目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc31817 數(shù)控機床DNC通信和管理系統(tǒng)的研究與設計 PAGEREF _Toc31817 1 HYPERLINK l _Toc11674 摘要 PAGEREF _Toc11674 1 HYPERLINK l _Toc6328 Abstract PAGER

10、EF _Toc6328 2 HYPERLINK l _Toc7386 目錄 PAGEREF _Toc7386 3 HYPERLINK l _Toc14317 1.緒論 PAGEREF _Toc14317 5 HYPERLINK l _Toc18557 1.1研究背景與意義 PAGEREF _Toc18557 5 HYPERLINK l _Toc10470 1.2國內外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc10470 6 HYPERLINK l _Toc27403 1.2.1國外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc27403 6 HYPERLINK l _Toc28012 1.2.2國內研究現(xiàn)狀 PA

11、GEREF _Toc28012 6 HYPERLINK l _Toc29449 1.2.3開展趨勢 PAGEREF _Toc29449 6 HYPERLINK l _Toc18020 1.3研究內容與方法 PAGEREF _Toc18020 7 HYPERLINK l _Toc16498 1.3.1研究內容 PAGEREF _Toc16498 7 HYPERLINK l _Toc21466 1.3.2研究方法 PAGEREF _Toc21466 7 HYPERLINK l _Toc15128 1.4課題來源 PAGEREF _Toc15128 8 HYPERLINK l _Toc28270 2

12、.技術概念 PAGEREF _Toc28270 9 HYPERLINK l _Toc28903 2.1DNC通信系統(tǒng) PAGEREF _Toc28903 9 HYPERLINK l _Toc19711 2.2多線程技術(jsh)及應用考前須知(xzh) PAGEREF _Toc19711 9 HYPERLINK l _Toc9052 2.2.1多線程技術(jsh) PAGEREF _Toc9052 9 HYPERLINK l _Toc24774 2.2.2多線程的應用(yngyng) PAGEREF _Toc24774 10 HYPERLINK l _Toc9655 2.2.3線程優(yōu)先級與同步

13、(tngb)問題 PAGEREF _Toc9655 10 HYPERLINK l _Toc25414 2.3串行通信技術 PAGEREF _Toc25414 11 HYPERLINK l _Toc14763 2.4網絡編程技術 PAGEREF _Toc14763 11 HYPERLINK l _Toc11445 2.5數(shù)據庫開發(fā)技術 PAGEREF _Toc11445 13 HYPERLINK l _Toc18073 3.總體方案設計 PAGEREF _Toc18073 15 HYPERLINK l _Toc24278 3.1應用的需求分析 PAGEREF _Toc24278 15 HYPER

14、LINK l _Toc26521 3.2DNC系統(tǒng)功能分析 PAGEREF _Toc26521 15 HYPERLINK l _Toc3917 3.3常見的通信網絡 PAGEREF _Toc3917 17 HYPERLINK l _Toc28387 3.3.1串行通信網絡 PAGEREF _Toc28387 17 HYPERLINK l _Toc13822 3.3.2現(xiàn)場總線通信網絡 PAGEREF _Toc13822 17 HYPERLINK l _Toc12620 3.4DNC系統(tǒng)網絡結構設計 PAGEREF _Toc12620 18 HYPERLINK l _Toc1778 3.5DNC

15、系統(tǒng)的底層通信 PAGEREF _Toc1778 19 HYPERLINK l _Toc17149 3.5.1常見的數(shù)控機床通信接口 PAGEREF _Toc17149 19 HYPERLINK l _Toc23766 3.5.2數(shù)控機床的聯(lián)網設計 PAGEREF _Toc23766 20 HYPERLINK l _Toc22156 4.串行通信設計與實現(xiàn) PAGEREF _Toc22156 28 HYPERLINK l _Toc16409 4.1串口效勞器的選擇 PAGEREF _Toc16409 28 HYPERLINK l _Toc14870 4.1.1動態(tài)連接庫技術 PAGEREF _

16、Toc14870 28 HYPERLINK l _Toc14371 4.1.2串口效勞器硬件的選擇 PAGEREF _Toc14371 29 HYPERLINK l _Toc2586 4.2串口效勞器的任務設計 PAGEREF _Toc2586 29 HYPERLINK l _Toc16206 4.3串口效勞器的程序設計 PAGEREF _Toc16206 31 HYPERLINK l _Toc12311 4.3.1工作線程 PAGEREF _Toc12311 31 HYPERLINK l _Toc14204 4.3.2與機床當前狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)通信 PAGEREF _Toc14204 33 HY

17、PERLINK l _Toc13123 5.通信管理軟件的設計與實現(xiàn) PAGEREF _Toc13123 34 HYPERLINK l _Toc27772 5.1數(shù)控程序傳輸線路設計 PAGEREF _Toc27772 34 HYPERLINK l _Toc21461 5.2DNC通信平臺設計 PAGEREF _Toc21461 35 HYPERLINK l _Toc23211 5.2.1通信平臺設計思路 PAGEREF _Toc23211 35 HYPERLINK l _Toc28084 5.2.2 DNC通信平臺的程序設計 PAGEREF _Toc28084 35 HYPERLINK l

18、_Toc25449 5.3機床事件接收平臺設計 PAGEREF _Toc25449 37 HYPERLINK l _Toc17803 5.4客戶端機床管理軟件設計 PAGEREF _Toc17803 38 HYPERLINK l _Toc9814 5.4.1系統(tǒng)登錄模塊 PAGEREF _Toc9814 38 HYPERLINK l _Toc15248 5.4.2.機床管理模塊 PAGEREF _Toc15248 39 HYPERLINK l _Toc11648 6. 總結 PAGEREF _Toc11648 42 HYPERLINK l _Toc31111 6.1 全文總結 PAGEREF

19、_Toc31111 42 HYPERLINK l _Toc19423 6.2 研究展望 PAGEREF _Toc19423 42 HYPERLINK l _Toc7616 參考文獻 PAGEREF _Toc7616 43 HYPERLINK l _Toc18643 致 謝 PAGEREF _Toc18643 47 HYPERLINK l _Toc13091 附錄A： PAGEREF _Toc13091 48 HYPERLINK l _Toc2184 附錄B： PAGEREF _Toc2184 481.緒論(xln)1.1研究(ynji)背景與意義在零部件的加工生產(shngchn)過程中，實現(xiàn)

20、對數(shù)控程序的集中化管理是非常困難的，此外實現(xiàn)計算機與數(shù)控設備的關聯(lián)和通信也非常困難，這導致數(shù)控機床的工作效率比擬(bn)低。具體來講，現(xiàn)場(xinchng)零部件的加工存在以下問題1：(l)零部件的加工程序都是數(shù)控操作人員手工編輯輸入到數(shù)控機床的控制面板上的，輸入程序所需時間長，且存在輸入程序錯誤等問題，會在一定程度上影響相關機床的使用效率以及零部件的合格率。一般數(shù)控機床裝載的內存非常小，當替換上新的加工的零部件后，需要對原有的加工程序進行刪除，同時輸入新的加工程序。這就使得如果是在不同的時期加工生產同樣的零部件產品，還必須重新輸入程序，這就導致了時間的浪費，同時這樣的情況也會對機床的加工效率

21、和性能造成不利的影響。零部件的加工程序是由數(shù)控操作人員現(xiàn)場控制的，而企業(yè)技術中心的工程師等人員難以實現(xiàn)對加工程序的管理。當更換加工零部件或者更換加工設備、更換數(shù)控操作人員時，需要重新進行加工程序的編制或調試。加工程序、工藝卡片、刀具清單等信息是單獨存放的，時間一長，就很難知道兩者之間的關聯(lián)。當下次使用時，還要完成核對屢次，以便了解加工程序的實際運行情況。為了提高加工系統(tǒng)的信息化、集成度，提高生產加工效率，實現(xiàn)對加工程序的管理，這就需要設置數(shù)控機床通信與管理系統(tǒng)，從而提高加工生產的效率和質量。DNC聯(lián)網系統(tǒng)可以實現(xiàn)零部件的在線加工，與之對應的DNC效勞器內存空間大，可以用來存放加工程序2。通常，

22、當數(shù)控機床完成與DNC系統(tǒng)之間的關聯(lián)后，從而可以實現(xiàn)在線加工功能，非常大的提高了數(shù)控機床的加工生產效率。同時，數(shù)據信息的傳輸更加方便、快捷，數(shù)控操作人員通過控制面板就可以實現(xiàn)與技術中心工程師的相互交流，隨時進行加工程序的上傳、下載。這樣就可以大大提高數(shù)控機床的生產加工效率和加工質量，加工程序的傳輸直接通過網絡實現(xiàn)，對于推進企業(yè)的無紙化生產、聯(lián)網設計等具有重要意義。1.2國內外研究(ynji)現(xiàn)狀1.2.1國外研究(ynji)現(xiàn)狀國外對于(duy)DNC系統(tǒng)的研究起步較早，目前為止，相關(xinggun)產品已經實現(xiàn)了商品化。同時有些DNC軟件產品具有(jyu)很強大的功能，可以實現(xiàn)數(shù)據信息等內

23、容的高速、多線程的傳輸，同時可以將DNC工作站與多臺CNC進行相互連接。DNC軟件大局部均設置有專用的數(shù)控程序編輯器，數(shù)控操作人員可以實現(xiàn)監(jiān)控信息的提交。而其中的數(shù)據庫管理程序主要是進行數(shù)據信息的組織和維護，此外還具有信息更新、查詢，生成報表、顯示圖形、管理日志、讀取文件等功能3。1.2.2國內研究現(xiàn)狀國內對于DNC系統(tǒng)的研究工作起步較晚，大概始于70年代。但是后來由于FMS技術傳入到中國，使得大局部研究學者轉向FMS技術，對DNC系統(tǒng)的研究起了很大的作用4。然而，隨著FMS技術研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)其具有投資風險大、可靠性差等缺點，所以很多研究FMS技術的研究學者又轉向了對于DNC系統(tǒng)的研究。

24、近年來，中國已成功開發(fā)出強大功能和更好的DNC系統(tǒng)，但大多數(shù)都是針對特定用戶的開展，同時DNC軟件商品化程度仍然很小。1.2.3開展趨勢1數(shù)控機床遠程控制能力實現(xiàn)DNC通信功能后，就可以借助效勞器實現(xiàn)對數(shù)控機床的遠程控制，即可以向數(shù)控機床發(fā)送啟動、更換夾具、停止等控制指令。方便遠程加工操作，對于異地加工具有非常明顯的優(yōu)勢。2數(shù)控機床狀態(tài)采集數(shù)控機床(sh kn j chun)的DNC通信(tng xn)可以實時監(jiān)控(jin kn)各機床狀態(tài)信息，包括機床整機的運行狀態(tài)、故障信息、運行時間等，并且可以將上述(shngsh)信息進行及時存儲，方便后期對運行狀態(tài)進行綜合分析，找出故障(gzhng)原

25、因等，提升整體的加工效率5。3數(shù)控機床通信系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的無縫連接未來各種數(shù)控機床系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)將開展非常迅速，并且之間將會產生千絲萬縷的聯(lián)系，因此為了能夠更好地處理各方面的關系，需要能夠保證數(shù)控機床通信系統(tǒng)能夠跟其它系統(tǒng)合理的對接。4未來數(shù)控機床的開展趨勢為使用物聯(lián)網或者局域網的方式，將所有的機床連接成為一個系統(tǒng)，統(tǒng)一操控，便于管理。1.3研究內容與方法1.3.1研究內容本文的主要研究內容可以歸納為：1在充分查閱了現(xiàn)階段數(shù)控機床現(xiàn)狀和相關資料，分析了數(shù)控機床的聯(lián)網方案后，充分利用現(xiàn)有資源，完成了DNC網絡通信和管理系統(tǒng)的設計與研究。2根據實際車間情況，對聯(lián)網方式以及硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、布線

26、方式等進行充分的調研與實踐，找到最適宜的方式。3根據文獻資料和實際情況，通過對硬件設備、軟件設備等的實施，實現(xiàn)數(shù)控機床的DNC系統(tǒng)，并且分析在實際的調試過程中出現(xiàn)的各種問題，提出必要的解決方式。本文首先介紹了數(shù)控加工網絡化對于加工制造業(yè)的重要作用，詳細闡述了DNC系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和開展趨勢；對DNC系統(tǒng)所采用的通信技術的功能特點作了分析和比照，在此根底上，確定出本系統(tǒng)采用的通信技術；對數(shù)控機床的聯(lián)網問題所遇到的困難作了分析，并提出了基于端口設備聯(lián)網效勞器的網絡控制總體方案和技術路線，從而解決了聯(lián)網困難的問題；對現(xiàn)階段采用的聯(lián)網方案作了分析研究，確定出適宜的聯(lián)網方案，完成DNC系統(tǒng)的硬件連接工作。

27、1.3.2研究(ynji)方法(1)理論研究法：通過查閱(chyu)相關文獻了解數(shù)控機床的相關理論，分析現(xiàn)有研究的特點和缺乏(quf)，形成(xngchng)自己的研究框架和指標體系。 (2)參考方法：參照(cnzho)相關網站研究課題。 (3)實踐研究法：以模塊化為指導，按照模塊化軟件開發(fā)過程進行系統(tǒng)開發(fā)。 1.4課題來源本文通過查閱相關資料，探究了目前此方面的研究現(xiàn)狀，然后結合企業(yè)實際情況，確定了課題。本文主要是對數(shù)控機床DNC通信以及管理的設計與研究，通過研究DNC主機與數(shù)控系統(tǒng)之間最合理的通信方式，實現(xiàn)數(shù)據信息的上傳、下載等；對DNC系統(tǒng)所采用的通信技術的功能特點作了分析和比照，在此根

28、底上，確定出本系統(tǒng)采用的通信技術；對數(shù)控機床的聯(lián)網問題所遇到的困難作了分析，并提出了基于端口設備聯(lián)網效勞器的網絡控制總體方案和技術路線，從而解決了聯(lián)網困難的問題；對現(xiàn)階段采用的聯(lián)網方案作了分析研究，確定出適宜的聯(lián)網方案，完成DNC系統(tǒng)的硬件連接工作。2.技術(jsh)概念2.1DNC通信(tng xn)系統(tǒng)DNC最初(zuch)指的是直接(zhji)數(shù)字控制技術(jsh)，是英文Direct Numerical Control的縮寫。DNC技術的研究開始于本世紀60年代，數(shù)控設備的程序信息的管理和發(fā)送等工作都是依靠中央計算機完成6。當時主要是為了解決紙帶輸入加工程序的繁瑣及計算本錢過高等問題。

29、70年代以后，七十年代以后，DNC技術得到了快速開展，數(shù)控機床對于程序內容的存儲量更大且計算運行速度也更快。由最初的直接式的轉變到分布式的數(shù)字控制技術Distributed Numerical Control7。相比于直接數(shù)字控制技術，分布式數(shù)字控制技術添加了信息收集、狀態(tài)監(jiān)視和控制等最新功能。80年代以后，在計算機技術飛速開展的背景下，DNC技術的功能不斷擴大，相比于以往的DNC技術，已經慢慢地注重了車間的相關信息高度的集成化，展開對零部件的加工過程中的研究，分別對生產技術準備、方案以及加工流程等等數(shù)據信息完成集中監(jiān)控或者分散的控制工作，并將數(shù)據信息與局域網相互關聯(lián)，實現(xiàn)信息的相互交換8。目

30、前，DNC技術已經開始向物流等系統(tǒng)擴充，未來的DNC技術功能將更為強大。2.2多線程技術及應用考前須知2.2.1多線程技術主線程即第一個線程是由系統(tǒng)自動創(chuàng)立的。創(chuàng)立完主線程后，主線程本身還會有很多的額外線程生成，這些額外線程進一步還可以生成其它的線程。當多線程程序運行時，大多數(shù)人認為這些線程同時運行，事實上，情況并非如此，操作系統(tǒng)為各個線程都設置了CPU時間來保證這些線程的正常運行9。操作系統(tǒng)給各個線程提供時間片的方式是采用的輪轉方式，各個線程在完成時間片使用之后，將其釋放出來，因此該操作系統(tǒng)一般會接著把時間片傳遞給后面的線程，以此類推。由于各個時間片的時間間隔極其短暫，所以會產生一種錯覺，當

31、這些線程的運行是同時。更多地額外線程的生成的目的是為了盡量利用CPU的相關時間。2.2.2多線程的應用(yngyng)因此(ync)在MFC使用(shyng)中，線程一般(ybn)由用戶界面(yn h ji min)線程和工作線程兩種模式存在。假設只是執(zhí)行后臺的相關計算而不和用戶交流，通過運行工作線程就夠了；此外，如果是進行要處理一個用戶界面的相關線程，用戶界面線程此時需要運行。其中，這兩個線程之間的最大區(qū)別在于用戶界面線程中會額外有一個消息循環(huán)，從而就可以實現(xiàn)對消息的處理功能10。進程和線程的概念不同，進程可以對程序進行定義。在32位系統(tǒng)中，進程會占用應用程序所得到的存儲位置。其中在運行過程

32、中，進程通常至少會有一個線程被占用，進程中的相關空間代碼通常是由這個線程掌控的。一般來說，一個進程通常由多個線程所組成，這些線程控制進程地址當中空間的相關運行代碼。2.2.3線程優(yōu)先級與同步問題采用多線程進行編程會使程序操作人員的工作更具靈活性，同時對于解決問題變得更加容易。但是，程序不應該以碎片的形式寫入，因為這不是正確開發(fā)應用程序的方法。當線程在運行時，老的問題解決了新的問題又出現(xiàn)的現(xiàn)象。因此，知道何時創(chuàng)立多個線程以及何時不創(chuàng)立多個線程是非常重要的。在系統(tǒng)在運行多個進程的過程時，此時要對線程運行的順序進行優(yōu)先級別劃分11。因此操作系統(tǒng)對應優(yōu)先級別的順序排列線程，需要保證各個線程都處在優(yōu)先的

33、級別，通常從0到31的順序完成優(yōu)先級的排列。當系統(tǒng)在執(zhí)行過程中，優(yōu)先給優(yōu)先級為31的線程賠給時間片，操作系統(tǒng)接著會給下一個優(yōu)先級為31的線程進行分配。當線程中全部優(yōu)先級為31的運行完之后，才會執(zhí)行優(yōu)先級為30的線程，后面的以此類推。一般操作系統(tǒng)以及程序操作員的改動都會更改線程的優(yōu)先級以保證操作系統(tǒng)對終端的響應性。另外，在使用多線程編程的過程中，要保證線程的步調一致。所謂的線程同步就是要盡可能的減少線程間數(shù)據在通信時的損壞。一般在32位系統(tǒng)中，同步問題出現(xiàn)的較多，這主要是由于分配時間片的過程中出現(xiàn)了問題。但是在MFC中，臨界區(qū)模塊、事件模塊、信號量模塊、互斥模塊可以保證多線程的同時運行12。其中

34、臨界區(qū)模塊的使用最為簡便，但它只能同步線程在同一進程的。此外，還可以使用線性化方法，這種方法對數(shù)據信息的讀寫都是在同一個線程中進行的。這樣就防止了同時改寫數(shù)據信息的情況。2.3串行通信(tng xn)技術微軟通信(tng xn)控制MCSomm是由微軟公司開發(fā)的串行通信(tng xn)編程控制，MCSomm控件可以(ky)實現(xiàn)通過(tnggu)串行接口進行數(shù)據的接收和發(fā)射13。1 .常用的功能屬性MCSomm板塊的常用功能屬性組成為Settings、CommPort、PortOpen、Input、Output等。主要用于實現(xiàn)端口的翻開或關閉、返回到通信端口的狀態(tài)、返回到數(shù)據位或停止位等功能。處

35、理通信問題的方法 驅動方式一般解決串行端口交互難點的有效方法為事件驅動方式。事件發(fā)生后需要及時進行通知和處理。一般情況下，通過OnComm事件運行的板塊功能的控制對通信進行處理。一般程序響應及時以及可靠性高等等是事件驅動方式獨有特點，每一個控件對應有一個串行端口。但是，要完成對多個串行端口的運行，需要多個控件配合進行。查詢方式一般來說，其中查詢方式屬于事件驅動方式，但查詢方式在有些情況時更方便快捷。通過對CommEvent的屬性值進行檢查，可以對其中的問題進行判斷處理。其一般主要運用在程序較小的時候。2.4網絡編程技術在80年代初期，美國加利福尼亞大學伯克利分校成功開發(fā)出了Berkeley S

36、ocket接口。90年代初期，微軟公司以伯克利套接字接口為模板開發(fā)了一個網絡程序接口標準，即Windows Sockets標準。Windows Sockets標準對原有的功能作了完善和擴充，主要是擴充了原有的異步函數(shù)，并增加了符合Windows系統(tǒng)的異步進行。因為Windows Sockets標準的特點包括支持多協(xié)議性以及開放性等等，使得Windows的方面提供了參考和標準?，F(xiàn)在(xinzi)TCP/IP網絡(wnglu)應用(yngyng)最為廣泛的API是套接字接口(ji ku)，同時(tngsh)套接字接口也普遍應用于互聯(lián)網運行、用戶開發(fā)等方面14。Socket接口實際上指的是一個通信端

37、口，可以實現(xiàn)一個Socket應用程序與另一個Socket應用程序之間的相互通信。Socket同樣存在于通信域，通信域是一個抽象的概念。通常情況下，Socket只能與處于同一個域中的另外的Socket完成數(shù)據的交流。其中接口的相關示意圖如下列圖2-1所示。Socket的組成由：數(shù)據報、流式以及原始套接口三種模型15。通常，流式套接口屬于一種是面向連接的可靠的運行，可以保證數(shù)據傳輸沒有過失以及無重復性的內容。數(shù)據報套接口采用的是無連接的效勞，數(shù)據傳輸是通過密碼文來完成的，傳輸是沒有順序的，但是不能保證其完全正確。原始套接口進行對較低的層協(xié)議直接連接，一般用于新網絡協(xié)議的調試任務。流式套接口采用的是

38、TCP協(xié)議，而TCP協(xié)議的使用必須建立起連接才可以進行互相交流，以便確保數(shù)據傳輸?shù)恼鎸嵭砸约绊樞蛐浴Ｍǔ?，Socket建立在客戶/效勞器模型的根底之上，其中效勞器端以及客戶端兩個進程在工作時被提供，效勞器端一般先啟用。圖2-2是流式套接口系統(tǒng)的具體調用流程。圖2-1 Socket接口示意圖Windows Socket標準是針對微軟操作系統(tǒng)對Berkeley Socket接口的優(yōu)化和改良，它們的主要區(qū)別表達在Socket的啟動和終止、多線程、異步請求機制、異步數(shù)據傳輸機制、異步選擇機制、阻塞處理和錯誤處理等方面16。Windows Socket標準可用于單線程和多線程Windows版本。Sock

39、et接口在多線程條件下根本上是保持不變的。圖2-2流式套接口(ji ku)系統(tǒng)的調用過程(guchng)2.5數(shù)據庫開發(fā)技術SQL Server2000是新一代微軟公司的數(shù)據庫產品(chnpn)，該產品(chnpn)是基于(jy)SQLServer7.0開發(fā)和設計的。SQL Server2000數(shù)據庫管理系統(tǒng)是以高端硬件技術、最新互聯(lián)網技術和存儲技術作為支撐建立起來的具有一個大型關系的系統(tǒng)，可以將具有可擴展性的和可靠性的數(shù)據信息提供應Web站點和企業(yè)用戶。此外，SQL Server2000具有Web 功能、數(shù)據挖掘功能，同時支持擴展標記語言，極大的方便用戶快速創(chuàng)立解決方案。該數(shù)據庫管理系統(tǒng)主要

40、具有以下特點17:1系統(tǒng)管理操作更為直觀方便是用于圖形用戶界面的相關管理工具，包括SQL Server效勞器、數(shù)據管理等等方面的功能，此外還提供了SQL事件探查器、SQL查詢分析器。用戶使用操作方便快捷，具有很強的實用性。 2動態(tài)自動管理和優(yōu)化功能如果(rgu)SQL Server的數(shù)據庫管理(gunl)人員(rnyun)設置了系統(tǒng)的某些(mu xi)功能，SQL Server將自動(zdng)配置使其性能到達最優(yōu)，減少數(shù)據庫管理人員的工作量。3充分的Internet技術支持其中SQL Server對Internet技術的具有很強的作用作用，在以前版本的Web出版工具的根底上，又增加了XML技

41、術和HTTP技術。這樣就能夠保證電子商務可以通過XML技術實現(xiàn)對SQL Server數(shù)據庫的訪問功能。4強大的編程接口工具編程接口工具的使用，使得應用程序的開發(fā)越加的方便，SQL Server提供了多種應用程序開發(fā)工具。完成了標準SQL語句與Transact SQL語句之間的相互存在，除此以外，OLEDB、ADO以及ODBC等等模式都很適用。5很好的伸縮性和可靠性既能在效勞器操作系統(tǒng)中運行，也能在Windows操作系統(tǒng)中運行。所以SQL Server2000能滿足各種不同層次、不同需求用戶的需要，具有很好的伸縮性和可靠性。6簡單的管理方式SQL Server2000和Microsoft Win

42、dows 2000兩者的成功結合具有重要的意義?？梢赃\用Windows 2000的集中管理功能簡潔化企業(yè)中的繁瑣系統(tǒng)的工具，通過運用操作系統(tǒng)所具有的的效勞功能來增強SQLServer數(shù)據庫系統(tǒng)的功能并減小資源的占用。3.總體方案設計(shj)3.1應用(yngyng)的需求分析通常，在國內的加工制造業(yè)領域當中，數(shù)控機床(sh kn j chun)已實現(xiàn)了廣泛(gungfn)地運用(ynyng)，其中有些企業(yè)把數(shù)控機床與計算機之間建立聯(lián)系，已經實現(xiàn)了數(shù)控加工程序的及時反應。然而，這類的單機系統(tǒng)在現(xiàn)實使用的過程中并不十分可靠，經常出問題18-20：每臺數(shù)控機床都需要連接一臺獨立的計算機才能進行程序

43、的傳輸和控制，大大增加了設備的費用；操作數(shù)控設備的人員需要在計算機與機床的控制面板之間交替地操作完成程序的傳遞，這樣導致了人工費用的大幅增長；然而因為網絡共享式的數(shù)控加工系統(tǒng)，因而其數(shù)控程序的共享程度比擬低。如何實現(xiàn)對數(shù)控機床零部件生產加工過程中的網絡化管理已經成為加工制造行業(yè)迫切需要的重要技術關鍵工藝，所以數(shù)控機床的管理以及通信系統(tǒng)的開發(fā)設計是很有必要的，也是非常急需的21。一般數(shù)控機床的DNC管理、通信系統(tǒng)是建立在企業(yè)自有的局域網資源之上的，結合了多種的技術，比方網絡、數(shù)控、信息、計算機以及多媒體等等技術，通過TCP/IP協(xié)議完成了快速的加工程序的傳遞，各臺數(shù)控設備的管理和信息采集工作主要

44、是依靠車間DNC主機來實現(xiàn)的，通過WEB技術能夠將有關的加工信息傳送到網絡平臺上，因此完成了車間加工監(jiān)測信息與辦公管理信息之間的相互傳輸22,23。3.2DNC系統(tǒng)(xtng)功能分析圖3-1系統(tǒng)(xtng)功能模型示意圖系統(tǒng)(xtng)功能模式(msh)的示意圖如圖3-1所示24：1數(shù)控機床(sh kn j chun)信息管理數(shù)控機床有關的信息管理主要是指數(shù)控機床的靜態(tài)信息管理方面，具體有：數(shù)控銑床、數(shù)控車床以及電火花線切割等等有關的數(shù)控加工設備的屬性信息、數(shù)據信息的錄入、修改、刪除等。詳細的靜態(tài)信息具體為：機床的名稱、數(shù)控車床、所屬的車間以及操作設備的人員等等資料。操作數(shù)控的工人可以根據靜

45、態(tài)信息來選擇適宜的數(shù)控加工設備。2數(shù)控程序管理數(shù)控程序的管理具體有：數(shù)控加工程序的編輯、上傳、模擬以及查詢等等相關內容。操作數(shù)控的人員根據各臺數(shù)控機床控制系統(tǒng)的差異完成相關數(shù)控程序的編排。3加工任務管理數(shù)控操作人員對數(shù)控機床進行加工任務的管理，可以對數(shù)控機床的程序任務完成添加、刪除以及查詢，同時數(shù)控機床的各項加工任務可以生成任務單。4機床運行狀態(tài)信息采集通常，機床的運行狀態(tài)的記錄能夠經過串口效勞器得到，具體內容有：加工和空閑的時間、設置以及報警等等有關的機床運行信息。此外還可以通過串口效勞器對運行狀態(tài)日志進行分析并得出報告，根據報告可以得到機床的使用效率上下。5加工過程視頻瀏覽為了能夠對操作機

46、床(jchung)的人員、機床(jchung)使用(shyng)的狀態(tài)及零部件的合格率等情況(qngkung)進行及時的掌控，可以在數(shù)控機床(sh kn j chun)上的安裝網絡攝像機，并且可以查看以往的監(jiān)控視頻。6用戶管理系統(tǒng)的管理人員可以對企業(yè)內部人員、客戶及加盟商等成員的帳號信息和工作權限的設置和管理，從而保證用戶的權益。7在線加工采用在線加工功能可以實現(xiàn)與數(shù)控機床之間的數(shù)據傳輸，數(shù)據信息的傳輸能夠從斷刀點處開始。在線加工功能可以解決數(shù)控機床內存空間小且需要進行傳輸?shù)臄?shù)據信息又非常大這一問題。3.3常見的通信網絡基于DNC技術的通信與管理系統(tǒng)的未來開展趨勢是實現(xiàn)將多個車間、多種數(shù)控設備

47、聯(lián)入到企業(yè)的局域網中，使得企業(yè)管理信息與數(shù)控機床加工信息的之間實現(xiàn)了共享以及傳輸25。3.3.1串行通信網絡采用串行通信技術可以實現(xiàn)一臺計算機與多臺數(shù)控機床之間進行數(shù)據信息的傳輸。目前在企業(yè)車間中廣泛采用的通信方法是運用數(shù)控機床自身攜帶的RS-232C或RS-485接口，網絡拓撲結構采用點對點方式或星形方式來實現(xiàn)串行通信26。串行通信協(xié)議主要分為物理層、鏈路層和應用層三層，通信速率可以在1109600bit/s范圍內選擇。物理層可以看做是具體的實現(xiàn)了鏈路層以及應用層之間的相互關聯(lián)，使得信息的傳遞變的更加的順暢，沒有相互的干擾。然而采用串行通信技術進行數(shù)據信息的傳輸存在著以下的缺點，具體包括：1

48、.管理和維護的工作量較大，2.本錢投資大，3.傳輸距離短4.抗干擾能力差5.傳輸速率低以及6.出錯頻繁等等27。3.3.2現(xiàn)場總線通信網絡現(xiàn)場總線技術是一種先進的工業(yè)控制技術，主要應用在與加工制造業(yè)等相關企業(yè)的現(xiàn)場數(shù)控設備中，可以實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點的數(shù)字通信的系統(tǒng)。總線通信網絡技術的應用極大地促進了新的網絡集成式分布控制系統(tǒng)的出現(xiàn)和形成，此外網絡的集成化的控制體系可以完全到達過程控制以及加工制造自動化的相關要求。這是由于現(xiàn)場總線技術是通過數(shù)字通信的技術成立的，因此可以實現(xiàn)相互之間的功能轉變?，F(xiàn)場(xinchng)總線技術作為(zuwi)制造業(yè)現(xiàn)場(xinchng)控制的先進(xinjn)網絡系

49、統(tǒng)，其中對總線技術要求(yoqi)最高的就是要具有可靠性和實時性的功能特點，而CAN總線在這方面最為突出28：在可靠性方面，CAN總線采用了多種錯誤檢測和糾錯措施來保證具備非常高的可靠性；此外，CAN總線采用了新穎獨特的位仲裁技術，比其他同類產品具有更高的實時性；CAN總線的傳輸速率可以到達1Mbs，由于接口的構造簡單，因此其安裝、拆卸較方便，導致系統(tǒng)的費用較低。CAN總線非常多的優(yōu)點，能夠實現(xiàn)等傳輸介質進行數(shù)據信息的傳輸。但是隨著信息技術的開展，總線技術還存在較多的問題，具體來說主要有以下幾個問題29：1各個開發(fā)廠商都有自己的專利總線技術，這就限制了它們總線技術之間很難實現(xiàn)相互間的兼容，導致

50、它們的費用不斷提高；2如果所開發(fā)建造的總線協(xié)議與內部的局域網的條款不同。這樣很難使得完成企業(yè)加工生產制造過程中的集成一體化的相關目標；3其線程總線的傳播速度很慢，目前使用較多的CAN總線的傳速，最高也只有IMbs，但是DNC總線需要對生產現(xiàn)場的加工狀況進行全程的監(jiān)控，這樣就會產生大量的音頻、視頻等等數(shù)據的相關傳輸，這樣很難滿足相關的要求。最近幾年，隨著工業(yè)技術的不斷革新，通信網絡在正在開展朝著以太網的方向開展。同時科研院所也熱衷于對工業(yè)以太網技術和TCP/IP技術的應用研究，現(xiàn)在以太網的速度已經可以到達1000Mbps，當高新技術等技術的使用完成了對以太網的不可靠問題的解決；而且，由于以太網端

51、口的每個網絡節(jié)點都設置了獨立的帶寬，這樣就防止了使用同一交換機的不同設備不會存在資源的相互爭奪利用現(xiàn)象，可以看作是每個設備獨立占用一個網段30。所以說企業(yè)中的DNC系統(tǒng)已經開始使用基于以太網的工業(yè)通信網絡。3.4DNC系統(tǒng)網絡結構設計企業(yè)DNC系統(tǒng)采用以太網技術，可以減少企業(yè)的投資本錢、維護本錢和管理本錢。由于以太網技術的通用性，企業(yè)對于以太網技術的維護和管理更為方便、快捷。同時企業(yè)可以利用原有的設備資源，并且可以實現(xiàn)企業(yè)的辦公網絡與車間數(shù)控設備網絡之間的相互連接31。所以，DNC系統(tǒng)使用最多的就是企業(yè)內部的相關局域網系統(tǒng)。數(shù)控加工(ji gng)程序(chngx)以及其他(qt)程序的發(fā)送(

52、f sn)和接收32都是通過(tnggu)Windows的相關的網絡的接口Socket完成的工作。通常Socket是針對具體的效勞器模型所開發(fā)研制的，從而確保效勞器端的問題。這里將DNC系統(tǒng)的接收平臺作為Socket的客戶端，而串口效勞器端作為Socket的效勞器端。3.5DNC系統(tǒng)的底層通信DNC系統(tǒng)的底層通信指的是數(shù)控機床系統(tǒng)與DNC系統(tǒng)接口之間的相互通信，其目的是完成加工制造業(yè)中的信息傳遞以及加工狀況信息的反應。3.5.1常見的數(shù)控機床通信接口在國內大多數(shù)地加工制造業(yè)當中，數(shù)控設備的種類非常的豐富，有效的解決了不同的數(shù)控設備之間的關聯(lián)問題，具體如下33：1穿孔機輸入接口這種結構將穿孔機的

53、輸入接口與計算機的打印接口進行連接并把紙帶穿出來。通過使用這種結構模型不用對任何硬件以及電路進行改造，只需要編寫出一個驅動程序供穿孔機使用。因為采用這種結構不能消除相關的問題，因此也使用的較少。2紙帶閱讀機輸入接口這種模型結構借鑒了數(shù)控系統(tǒng)的紙帶閱讀機輸入端的接口模式，也制造了一個外接的讀寫卡，設具體的紙帶閱的相關內容的功能，可以實現(xiàn)與RS-232接口的串行通信，還可以將DNC程序輸入到其它的地方，因此也及其少的使用。RS-232接口這種結構是把數(shù)控系統(tǒng)的串行通信口與RS-232串行通信接口進行相互連接，這樣就可以實現(xiàn)程序的下傳和上傳。目前在加工制造類企業(yè)中局部數(shù)控設備就是采用的使用這種接口。

54、RS-232接口廣泛應用于PC和通信行業(yè)。RS-232接口的傳輸方式是不平衡的，即單端通信方式。RS-232的兩種常用端口引腳如表3-1所示。表3-1 RS-232端口引腳說明(shumng)表9 針端口DB9)25 針端口D25)針號功能說明所寫針號功能說明所寫1數(shù)據載波檢DCD8數(shù)據載波檢DCD2接收數(shù)據RxD3接收數(shù)據RxD3發(fā)送數(shù)據TxD2發(fā)送數(shù)據TxD4數(shù)據終端準DTR20數(shù)據終端準DTR5信號地GND7信號地GND6數(shù)據設備準備好DSR6數(shù)據設備準備好DSR7請求發(fā)送RTS4請求發(fā)送RTS8清楚發(fā)送CTS5清楚發(fā)送CTS9振鈴指示DELL22振鈴指示DELL4DNC接口(ji ku

55、)這種DNC結構(jigu)可以(ky)實現(xiàn)(shxin)數(shù)控系統(tǒng)中所帶的各種功能，具體的實現(xiàn)過程需要依靠插在DNC工作站和數(shù)控系統(tǒng)中的DNC接口卡并借助于專業(yè)軟件，現(xiàn)在僅僅在少數(shù)進口的高檔數(shù)控系統(tǒng)中有采用DNC接口技術的。5網絡接口這種結構對于實現(xiàn)數(shù)控機床與車間局域網的相互連接較為容易，可以對企業(yè)中的分布式加工設備層進行合理有效的管理。這種接口技術只有在少數(shù)的進口高檔數(shù)控機床上出現(xiàn)過。6計算機直接數(shù)控計算機直接數(shù)控方式采用的是PC嵌入CNC模式實現(xiàn)的，可以用一臺計算機實現(xiàn)對多臺數(shù)控機床的控制17。3.5.2數(shù)控機床的聯(lián)網設計數(shù)控機床的聯(lián)網設計主要運用在高檔數(shù)控機床上，帶有DNC接口或以太網接

56、口，通常這類機床與車間的局域網是可以直接進行連接的34。串口效勞(xio lo)器實現(xiàn)了把數(shù)控設備中的全部(qunb)數(shù)據以及信息(xnx)正確(zhngqu)的傳輸(chun sh)到了局域網之中，反之也能夠把局域網中的數(shù)據信息傳輸給數(shù)控設備，可靠性高；其中串口效勞器的作用就類似于網關的作用一樣。通過更改串口效勞器的IP地址以及其設置的內容，因此數(shù)控設備就成為了局域網中的一個節(jié)點，這樣就可以實現(xiàn)數(shù)據信息的傳輸功能35。4.串行通信(tng xn)設計與實現(xiàn)4.1串口效勞(xio lo)器的選擇(xunz)DNC主機(zhj)與機床控制器之間的通信(tng xn)連接是DNC系統(tǒng)最為關鍵的技術

57、，由于數(shù)控機床的通信接口存在著非常大的差異，并且所采用的協(xié)議種類也很多，這樣就給DNC技術的應用和開展帶來較大的困難。為了實現(xiàn)異構數(shù)控系統(tǒng)的集成化管理，數(shù)控系統(tǒng)的生產制造企業(yè)和相關研究人員都在積極探索和尋找解決通信協(xié)議標準化問題的最正確途徑。在實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)通信協(xié)議標準化之前，加工制造業(yè)中的大局部機械加工車間采用特殊設計的DNC裝置來進行數(shù)控設備的控制和管理。根據相關的研究資料，目前開發(fā)設計智能硬件設備是以研究DNC裝置為工作的核心和重點，同時智能硬件設備可以實現(xiàn)接口標準和通信協(xié)議的轉換和統(tǒng)一36。近年來，數(shù)控通信協(xié)議也逐漸從智能硬件設備轉向軟插件系統(tǒng)。目前，我國的相關科研院所已經開始對這種DN

58、C軟插件系統(tǒng)進行科研立項和研究工作，這必將對數(shù)控設備的集成管理產生積極推動作用37?，F(xiàn)階段我國的許多研究機構也開始嘗試解決通信接口的兼容性問題，軟插件系統(tǒng)可以針對不同的數(shù)控設備和不同的通信協(xié)議。因此，軟插件系統(tǒng)可以給用戶提供一個統(tǒng)一的、標準的平臺。用戶在進行特定系統(tǒng)的開發(fā)設計時，只需要輸入通信協(xié)議中的參數(shù)，就可以完成對應DNC系統(tǒng)的開發(fā)設計。4.1.1動態(tài)連接庫技術動態(tài)連接庫可以調用的一組效勞或函數(shù)用于主應用程序的執(zhí)行，這些效勞或函數(shù)相對于主應用程序是相互獨立的。這些效勞或函數(shù)與靜態(tài)庫中的DLL效勞或函數(shù)不同，因為DLL函數(shù)無法通過連接器與可執(zhí)行文件相連，而是在檢索可執(zhí)行文件中的信息后才可以進

59、行使用的，并且在程序運行時庫中的代碼才可以加載顯示。所以可以實現(xiàn)多個不同進程的應用程序在內存中共存，從而可以大大減少對于內存容量的需求。基于前文中對于DNC開發(fā)的平臺和軟插件系統(tǒng)的應用，選用動態(tài)連接庫技術38。針對不同種類的數(shù)控設備，開發(fā)設計相互獨立的動態(tài)連接庫。這些相互獨立的動態(tài)連接庫都對數(shù)控協(xié)議進行了細節(jié)封裝處理，所以它們的狀態(tài)都是透明的。而對于主應用程序來說，只需按照相同的方式對接口函數(shù)進行調用即可，所以說每臺數(shù)控設備看起來好象都是相同的。這樣，就非常成功的解決了系統(tǒng)對于異構數(shù)控系統(tǒng)的集成問題。同時保證了系統(tǒng)與數(shù)控設備之間的無關性，易維護性和易擴展性等特點。4.1.2串口效勞(xio l

60、o)器硬件(yn jin)的選擇選定(xun dn)適宜(shy)的串口效勞(xio lo)器是構建局域網式結構的DNC通信系統(tǒng)最為關鍵的問題。具體來講，對串口效勞器應滿足以下要求：串口效勞器應同時具有以太網接口和串行通信接口，此外還應該有數(shù)字和模擬信號的輸入端口；同時需要滿足車間現(xiàn)場的電磁環(huán)境要求，即具有抵抗一定強度電磁場的能力39。在串口效勞器內部應設置有較大的動態(tài)存儲器和較強的CPU來滿足傳輸大文件的需要。另外，串口效勞器還需要具有網絡效勞器的功能，方便管理人員或技術人員能夠及時訪問到串口效勞器所采集到的數(shù)控機床信號，也就是說串口效勞器應該采用嵌入式的WEB效勞器40。結合以上要求并對不