基于WebServices的数控机床监控系统.pdf

1 訇 似 基于We b S e r v i c e s 的数控机床监控系统 M oni t or i ng s ys t em f or NC m achi ne bas ed on W eb Ser vi ces 汪健’ ，黄大荣 ，冷国民 ，杨震 。 W ANG J i a n ’ ， HUANG Da r o n g ， L ENG GU O rai n ，Y ANG Zh e n‘ 1 ． 四川工程职业技术学院 计算机科学系，德阳 6 1 8 0 0 0 ；2 ． 重庆交通大学 信息科学与工程学院，重庆 4 0 0 0 7 4 3 ． 东方汽轮机有限公司叶片分厂，德阳 6 1 8 0 0 0 摘要提出了一种基于We b S e r v i c e s 的数控机床监控方法。针对带有网络接口的数控机床，在． N e t F r a m e w o r k 3 ． 0 框架下使用c编程语言开发了具有可扩展的分布式数控机床监控系统，实现 了数控机床的状态远程监控和易扩展的系统集成管理，并详细阐述了系统的开发流程。系统 的成功开发为企业数控机床的监控和集成提供了一种新的解决方案。 关键词We b S e r v i c e s ；多线程；数控设备；远程处理 中图分类号 T O 6 7 文献标识码 A D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 3 ． 1 2 下 ． 3 2 0 引言 近年来 ，我 国制造业得到 了长足发展 ，数控 设备的拥有量和使用量已经是全球 第一。随着计 算机网络和计算机软件 的发展，网络化监控数控 设备已经非常普遍，很 多的数控设备都带有 网络 接 口，但是企业拥有各种厂家 比如 F ANUC、 HAS S 和三菱 等 的数控机 床⋯，各种 机床 系统 之 间的信息都很独立 ，而且随着企业规模不断的 扩大 ，数控设备不断增加还分布 在不同区域 ，因 此 ，企业很难把所有数 控设备集成在 一起进行准 确和详细的监控 。 目前国 内外虽然有很多远程数 控设备的监控方案 ，但都 是直接 面 向用户和基于独立 系统 ，未考 虑 系统 的集 成 、整 合 与 扩 展升 级 。基于We b S e r v i c e s 的数控机床 监控系统 ，采用基于x ml 的s o a p f 息进行数据 的通信 ，具 有很强的 互操作性和 开放性 ，很 好的解决 u 了系统 的集成、整合与扩展升级 等问题 。 1 监控系统体系结构 数控机 床监控系统体 系结构 如 图1 所 示。DNc服务器 、DNC 计算机和数控设备部署在 同一个 工业 以太 网中，并 实现企 业内部 网络的连接。We b S e r v i c e s tl 部署 文章编号 1 0 0 9 -0 1 3 4 2 0 1 3 1 2 F -O l 1 1 -0 4 在I NT E R NE T网络 中，对外提供服务。主要有三 方面特点是 一方面把 监控 系统分为三层 DNC 计算机组成 的数据采集层、DNC 服务器形成的数 据存储层和We b S e r v i c e s 对外服务层。这样使系统 有较强的适 应性 和灵活性来处理企业各种 业务 。 把业务层部署 lJ We b S e r v i c e s 上 ，将 大大提高 系 统对企业未知业务逻辑 的处理能力和扩展能力 ， 降低系统之 间的耦合度和依赖性 。 比如，生产 管理 系统 ，可以直接与该监控系统方便 的集成在 一 起，而不 需要考虑底层的通信和原理 。另一 方面，DNC 服务器对采集的数据进行统一格式的 数控机床 图1 体 系结构 收稿日期2 0 1 3 -0 9 -2 5 基金项目国家 自然科学基金项 目 6 1 0 0 4 1 1 8 ；重庆市自然科学基金项 目 C S T C 2 0 1 l j j A 7 0 0 0 7 作者简介 汪健 1 9 7 7一 ，男，四川简阳人，讲 师，硕 士，研 究方向为软 件工程 ，算法研究 。 数控机床 第3 5 卷第1 2 期2 0 1 3 1 2 下 [ 1 1 1 ] 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 、l 訇 化 XML 存储管理 ，使上层 的应用开发不需要考虑底 层的协议与方法 ，只需得NX ML的定义 即可 以完 成上层应用的开发。最后 ，使用G DI 模式 ，把监 控显示界面统一封装成DL L 组件，即在C NC计算 机和C NC I ] 务器都可以按照统一风格见面显示。 DNC 计算机 主要负责一个车间内所有数控机 床状 态采 集 比如 机床坐标、刀具号 、主轴转 速、进给速率、加工程序信息等 ，并且显示车 间机床 的加工状态 ，同时，把采集的数据直接提 交给DN CI I t -务器。 DNC J ] [ 务器 主要 完成数据 的统一存储 和管 理，负责 E D NC 计算机采集的标准数据写入数据 库服务器中；同时利用事件机制，把采 集的数据 及时提交给We b S e r v i c e s 务器处理。 We b S e r v i c e s ] 务器 直接部署在I n t e r n e t 中， 主要负责把机床状 态信息的查询 ，以标 准化 的形 式对外发布各种查询服务。We b S e r v i c e s 是一套开 放的 “ I n t e r n e t AP I ”函数，不受任何平台和语言 的限制 ，很容易进行系统 的集成和扩展，很容 易 实现该系统与其它应用系统的集成，如图2 所示 。 图2 监控 系统扩展体 系 2 监控系统的软件设计 本系统使 用微软 的开发工具v i s u a l s t u d i o ． n e t 2 0 0 8 F r a me wo r k 3 ． 0 实现 多线程数据 采集、 监控 组件 显示 、DNC服务器数 据存 储 以及We b S e r v i c e s 发布等应用程序，采集的信息存储在S Q L S e r v e r 2 0 0 8 数据库服务器中。体系结构如图3 所示。 数据库 图3 监控 系统软件设计 [ 1 1 2 1 第3 5 卷第1 2 期2 0 1 3 1 2 下 采集程序主要负责把采 集的信息封装到状态 集 合 DNC L i s t 中 ，然 后 通 过远 程 处 理 对 象 的 代理 Re mo t i n g C l i e n t 把 DN C L i s t 提 交 给远 程 服 务器处理 ，远程服务程序收到集合后 ，对数据进 行映射转换 ，并且利用ADO． NE T 技术写入到数据 库，同时利用委托事件模型把采集的数据，以s o a p 格式提交给We b S e r v i c e s J ] 务器 。 2 ． 1采集程序 数控设备信息采集是由部署在D NC计算机上 的采集程序 完成 ，利用数 控设备 的常见标准通信 接 口 RJ 4 5 网络接 口等 采 集状态数据 引。带 有 网络接 口的数控设备都提供了软件 支持 ，需要 调用相应品牌数控机床对应 的通信接 口函数 。以 F A Nu C 机床F O c AS 采集方式为例 ，步骤如下 准备工作 在项 目中添加对F WL I B 3 2 ． DL L 和 F WL I B E 1 ． DL L 库文件的引用，F WL I B 3 2 ． DL L 主要 负责应用程序与数控机床数据的读取 ，F WL I BE I ． DL L 主要实现计算机与数控机床 的T CP ／ I P 通信。 此外 ，还需 要添加支持DOT． NE T 编程 的源文件 f wl i b 3 2 ． c s N项 目中。 建立 连接 调 用 a l l c l i b h n d l 3 m _ I P A d d r e s s ， m Po r t ， m Ti me Out ，m _c n c h a n d 函数， 建立计算机与 数控机床的通讯连接。 数据读 取 F 0CAS 提供 了大量 的 函数 与数 控机床进行数 据的交互 ，比如 程序的上传于下 载 、参数的读 写、刀具偏执数据的读写 以及程序 目录的读写等等。 关 闭连 接 调用 c n c 一 ． f r e e l i b h n d l m c n c h a n d 函 数关闭计算机与数控机床的连接。 图4 数据采集 另外 ，为 了便于并发采集设备信息，采集程 序采用多线程 方式进行处理 ，如图4 所示，采集线 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 、 l 匐 似 程之 间互不干扰且 采集的数据实 时保存在独立 的 DNC L i s t 集合。每组的监控线程 、提交线程和显示 线程共享一个DNC L i s t 集合 ，显示线程 负责显示采 集的数据 ，提交线程负责把集合数 据提 交到远程 服务器 ，监控线程主要监听设备状 态信息， 并与其 它两 个线程 同步 。采集的各种状 态信息 如 主轴转速 、进给速率 、机床坐标、刀具号等 可 以根据实际需要进行动态添加 ，并 以 “ 键值对 ” 的形式保存 IJ DNC L i s t 类 的L i s t 集合 中。DNCL i s t 类结构如下 c l a s s DNCLi s t { p u b l i c s t r i n g r o o mNa me ； ／ ／ 车间名 p u b l i c s t ri n g d n c I p ； ／ ／ 机床 I P p u b l i c Da t e T i me d t ； ／ ／ 采集时间 pu b l i c S or t e d Li s t Li s t ； ／ ／ 状态集合 } 2 ． 2 远程处理程序 ．NE T 远程处理 程序 ，可 以方便地 生成广泛 分布 的应用程序， 为进程间通信提供 了一种抽象方 法 ，它 可以灵活 、轻松地进行 自定义 。本 系统远 程处理程序的设计如图5 所示。 图5 远程 处理体系结构图 远程处理程序最重要 的是封装 一个远程处理 类部署到DNC服务器其主要功能是 一方面为 客户端提供交互，保存从DNC 计算机 客户端提交 采集信息 ；另一方面负责把采集信息，通过h t t p 请 求提交给We b服务器。 远程处理服务端开发步骤 1 抽象远 程处理 类 编 好要 实现的逻辑 方 法 ，该类必须从Ma r s h a l B y R e f O b j e c t 类继承，并且 编译成DL L 项 目。 2创 建 交 互 的 信 道 信 道 可 以 用 ． n e t 的 T c p C h a n n e l 或Ht t p C h a n n e l 创建 ，监听的端 口号在 配 置 文件 中配 置 。 3 注册信道 通过使用C h a n n e l S e r v i c e s 类的 R e g i s t e r C h a n n e l 方法来注册信道 。 4 发布远程处理类 使用 Re mo t i n g CO n f i g u r a t i On 类 的 Re g i S t e r W e l l KnOwnSe r Vi C e TyPe TYPe t yPe ，s t r i ng o b j e c t U r i ， We l l Kn o wn O b j e c t Mo d e mo d e 方法注册远 程 处理 类 。 远程处理客户端开发步骤 1 创 建 交互 的 信 道 信 道 可 以用 ． n e t 的 T c p C h a n n e l 或Ht t p C h a n n e l fl lJ 建 ，监听 的端 口号在 配置文件中配置 。 2 注册信道 通过使用C h a n n e l S e r v i c e s 类的 R e g i s t e r C h a n n e l 方法 来注册 信道 。 3 引用远程处理类的DL L 项 目到客户端项 目 中。获取远程代理 使用Ac t i v a t o r 类的Ge t Ob j e c t 方法获取远程处理 的代理对象 ，与服务端进 行交 互 。 2 ． 3 We b S e r v i c e s f i E 务程序 W e b S e r v i c e s 被称 作 “ 开 放 的I n t e r n e t AP I 函 数 ”，使用H T T P 和S o a p 协议传输基于XML的消 息 ，提供了一套有效 的数据和 系统互操作解决方 案 ，不受异构操作系统 和编程语言的限制 ，很好 的解决 了企业 内部以及 企业之 间的数据和业务逻 辑 “ 孤岛”问题。本系统充分利用了We b S e r v i c e s 的特点实现与外部系统的交互。 服务端程序开发 1 抽象对外提供服务 的类Dn c We b S e r v i c e ， 该类必须从S y s t e m． We b ． S e r v i c e s ． We b S e r v i c e 类派 生；在类Dn c We b S e r v i c e 中包含了与DNC 服务器的 交互的代码 ，包括获取那个车 间机床信息 ，机 床实时状态 进给速度 、主轴转速 、坐标位置、 操作模式、运行状 态等，数控程序的上传与下 载等。 2 在 对 外 服 务 类 的 方 法 前 面 添 加 [ We b Me t h o d ] 属性 同时设置其访 问权限为p u b l i c ， 则该 方 法即 可对 外使 用 3 Dn c We b S e r v i c e 的发布 ，把． a s mx 文件和 该 服务 使 用 的所 有程 序 集复 制 到we b 服务 器 。 通常 情况是 在We b服 务器上 创建一个 虚拟 目录 Dn c We b S e r v i c e ，同时把． a s mx 文件和b i n目录 放到该 目录下 ，b i n 下存放服务所用的程序集。 第3 5 卷第1 2 期2 0 1 3 1 2 下 【 1 1 3 】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 、1 勺 客服端程序开发 客户 端 可 以采 用wi n d o w s 、a s p ． n e t 或其 它 形式 的 应用程 序来 访 问服务端 。在解决 方案 的 对 应项 目下 ，添 加 服 务 引用 ，弹 出如 图 6 对 话 框 。在地 址栏 输入 服务 器 的地址 ，然 后 ，修 改 下 面命 名空 间 ，确 定 即可产 生相 应 的代理对 象 Dn c S e r v i c e S 0 a p C 1 i e n t 。以s o a p 访 问方 式 为例 ，获 取主轴速度C l i e n t S e r v i c e ． D n c S e r v i c e S o a p C l i e n t d n c n e w． C l i e n t S e r v i c e ． Dn c S e r v i c e S o a p C l i e n t 0 ； S t r i n g g s s d n c ． Ge t S p i d l e S p e e d ； 其他信息采用相同的方式获取 。 s I ol ‘ ， 0 ⋯” ⋯D ⋯ 。 s ⋯ 0邮 n du D ⋯ s。 P ⋯Dn ⋯ 图6 We b S e r v i c e I 用 3 监控界面的设计 为了实现DN C计算机、DNC 服务器和其 它应 用程序集成显示，本 系统设计 了一套通 用的显示 模块 ，制作成Di s p ． DL L 监控组件 。其方法是首 先 ，把显示的数据保存到一个数据表d a t a t a b l e 中； 然 后，利 用GDI C E d a t a t a b l e 数据显示到对 应的窗 体 。其它项 目可以直接引用，很容易实现机床的 状态显示。界面如图7 所示。 系统不仅很容易监控到 机床的状态、主轴 的转速 、主轴的负荷、主轴 的进给倍率 、进给的 速 度、当前程序等常规信 息；而且还能查询当然 操作 员、历史报警记录原 因等，同时如果停机还 可 以提交停机的原因和描述机床 的现象 ，为以后 机床的维护提供重要依据。 1 1 1 4 1 第3 5 卷第1 2 期2 0 1 3 1 2 下 ． 惜 ■ 厂 ～ I 一 ⋯ ． 睬 『 而 一广1 l l 蕊 r一 卜 J 4 l 『 T r ～ 1 j 瞄 葛 广 1 j I l ∞ “⋯．I 。 图7 机床监控 4 结束语 利 用． NE T开发的We b S e r v i c e s 的数控机床监 控系统 ，实现 了机床多层面 的实时监控和远程 管 理 ，利用We b S e r v i c e s 程序具有很强的开放性和 互操作性特点 ，使该系统很容易与其它应用系统 整合集成 ，为企业数控设 备的监控和信息化管理 提供了一种有效的方案 。同时该 系统 已经成功开 发，并在某某企业试运行 ，正在进一步推广。 参考文献 [ 1 ]郑魁敬， 袁磊， 周鑫 ． 基于C ／ S 结构 的数控设备 监控 系统 【 J 1 ． 机械设计． 2 0 1 2 ． 8 6 1 0 ． 【 2 ]岳敏， 姚松丽， 黄娟． 数控设备 的开放式远程监控系统研 究 [ J ] ． 机械设 计与制造 ．2 0 1 2 6 1 5 6 1 5 7 ． [ 3 ]刘 清建， 王 太 勇， 徐跃 ， 支 劲章 ， 刘振 忠． 基于 总线 架构 的 多层次 监控 开放数 控 系统 [ J 1 ． 吉 林大 学学 ll I学 版 ． 2 0 1 0 0 6 1 5 8 9 1 5 9 4 ． [ 4 1 Li u Ya d o n g ， Gu o Xi n g u i ， L i We i e t a 1 ． An i n t e l l i g e n t NC p r o g r a m p r o c e s s o r f o r CNC s y s t e m o f ma c h i n e t o o l [ J ] ． Rob ot i c s a nd Co mp ut e r I n t e gr a t e d M a nu f a c t u r i n g． 2 007 ， 2 3 2 1 6 0 1 6 9 ． 【 5 】M E b r a h i mi a n d J L Vi c t o r y ． W EB b a s e d ma c h i n e t o o l c o n d i t i o n mo n i t o r i n g [ J ] ． Ne t wo r k I n t e l l i g e n c e I n t e r n e t b a s e d Ma n u f a c t u r i n g ． 2 0 0 8 ， 4 2 0 8 1 3 1 8 ． [ 6 1 Xi n g W u ， J i n Ch e n ， Ru q i a n g Li ， Fu c a i Li ． W EB b a s e d r e mo t e mo ni t o r i n g a n d f a u l t di a g n o s i s s ys t e m[ J ] ． I nt e r n a t i o na l J ou r n a l o f Adv a n c e d M a n u f a c t ur i n g T e c h n o l o g y ． 2 0 0 6 ， 2 8 2 1 6 2 1 7 5 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m