摘要：介紹了應用于數控機床的網絡監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用服務器/客戶機模式，利用套節(jié)字技術開發(fā)了相應軟件，通過客戶機對服務器進行網絡操作，完成了控制指令、加工代碼、加工狀態(tài)圖像及信息的發(fā)送和接收， 從而實現異地實時控制和監(jiān)視機床的加工過程。 關鍵詞：數控機床 網絡控制技術 引言 隨著網絡技術的發(fā)展， 網絡控制技術越來越引起大家的重視。網絡控制系統(tǒng)是將計算機網絡技術和自動化控制技術結合起來， 從而實現網絡控制。 網絡控制系統(tǒng)集機床技術、控制技術、通信技術、檢測技術、圖像技術、計算機軟件技術、網絡技術等于一體， 通過Internet/ Intranet 對機床進行遠程監(jiān)控， 可以使機床具有更大的柔性和可控性。網絡控制技術作為一種新興技術， 已經引起了許多科研單位的廣泛關注[1～3] ， 多種類型的網絡控制技術正在得到研究和開發(fā)， 有的基于Web 通訊平臺[4～6] ， 有的利用Socket 技術， 還有的基于CORBA 中間件技術等等，這必將給制造業(yè)的發(fā)展帶來一場有意義的變革。 本文介紹筆者開發(fā)的數控機床的網絡控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以Windows2000為開發(fā)平臺，用VisualC + + 工具開發(fā)，采用Windows Sockets ，實現了在局域網內對機床的實時監(jiān)控功能。 1、TCP/IP網絡通信的實現 1.1 TCP/IP簡介 所謂TCP/IP只是一個簡稱， 分別指網絡協(xié)議IP（Internet Protocol） 及傳輸控制協(xié)議TCP （ TransmissionControl Protocol） ， 是國際互聯網技術中兩個非常重要的通訊協(xié)議， 適用于任何一組互聯網絡上的通訊。 TCP/IP的結構將網絡分成四個層次， 分別是應用層、傳輸層、網絡層和數據鏈路層。這將國際標準組織（ ISO） 制定的開放系統(tǒng)互聯參考模式（OSI） 的七層傳輸參考模式中的一些層面合并， 二者之間映射關系如圖1所示。 1.2 Windows Sockets 簡介 基于TCP/IP的網絡通信可以通過Windows Sockets來實現。套節(jié)字（ socket ）是一種通用的網絡編程接口， 它是對通信端點的一種抽象， 提供了一種發(fā)送和接收數據的機制。 套節(jié)字目前有兩種：數據報套節(jié)字（ Datagram Sockets） 和流式套節(jié)字（Stream Sockets） 。我們采用流式套節(jié)字， 因為流式套節(jié)字可以將數據按順序無重復地發(fā)送到目的地， 它提供的是一種可靠的面向連接的數據傳輸方式。 Windows Sockets 提供給引用程序開發(fā)者一套簡單的應用程序接口， 應用程序調用其接口函數實現相互之間的通信。此外Windows Sockets 又利用下層的網絡通訊協(xié)議（如TCP/ IP） 功能和操作系統(tǒng)實現實際的通訊工作。它們之間的關系如圖2所示。 1.3 流式套節(jié)字的使用方法 流式套節(jié)字的使用方法是基于連接的協(xié)議， 在傳輸、接收數據之前必須先建立連接， 然后才能從數據流中讀出數據。 首先服務器要創(chuàng)建一個用于偵聽的套節(jié)字， 為該套節(jié)字分配地址之后， 調用listen （ ） 函數使它處于偵聽狀態(tài)； 客戶機在創(chuàng)建套節(jié)字完畢后， 為套節(jié)字分配地址， 然后調用connect （） 函數， 請求與服務器套節(jié)字連接； 服務器套節(jié)字在收到客戶機的連接請求后， 調用accept （） 函數， 該函數創(chuàng)建一個用于連接的套節(jié)字。應用該套節(jié)字和客戶機上的連接套節(jié)字，就可以在服務器和客戶機之間進行數據傳輸了。在結束傳輸之后， 雙方調用closesocket （ ） 函數關閉套節(jié)字。其使用方法如圖3所示。 2、網絡控制系統(tǒng)的實現 2.1 網絡控制系統(tǒng)原理 網絡控制系統(tǒng)軟件運行在客戶機上， 客戶機通過局域網和服務器連接。機床的數控系統(tǒng)在服務器中運行，首先啟動服務器的本機數控系統(tǒng)，進行初始設置后，進入網絡控制狀態(tài)，打開偵聽套節(jié)字，等待客戶機的連接請求，待收到客戶機的連接請求后，對聯機信息進行驗證，如果符合聯機條件，則和客戶機建立連接， 雙方可以互相發(fā)送和接收信息或指令。服務器的數控系統(tǒng)在網絡控制狀態(tài)下可以利用CCD 實時采集機床加工狀態(tài)圖像和參數，將圖像以位圖格式保存并定時發(fā)送到客戶機顯示加工狀態(tài)，將狀態(tài)參數實時發(fā)送到客戶機。在客戶機的遠程控制系統(tǒng)軟件中可以編輯數控加工代碼，然后將數控代碼傳遞到服務器中，并下載到PMAC 上等待控制指令。從客戶機向服務器發(fā)送機床加工控制指令，控制機床運轉，同時接收服務器發(fā)送的信息，動態(tài)監(jiān)視機床加工情況。通過遠程控制程序， 客戶機還可在線修改機床加工參數，并能調試機床。 2.2 網絡控制系統(tǒng)硬件結構 數控機床的網絡控制系統(tǒng)采用模塊化的硬件結構，數控系統(tǒng)采用“PC + NC”結構， PC 機采用奔4主機， NC部分采用開放式多軸運動控制器PMAC2-PCI；網絡系統(tǒng)采用“服務器+ 客戶機”方式， 數控系統(tǒng)運行在服務器上， 網絡控制軟件運行在客戶機上，服務器和客戶機通過網卡和通信電纜連接在Intranet/Internet上，數控機床上安裝CCD攝像頭，用來監(jiān)視機床加工情況，并通過圖像采集卡， 將機床的運轉情況實時采集保存。該系統(tǒng)硬件結構如圖4所示。 2.3 網絡控制系統(tǒng)軟件設計 友好的人機界面對于任何控制系統(tǒng)是不可缺少的。本系統(tǒng)界面設計采用Windows 編程中的分隔視技術， 將數控系統(tǒng)人機界面分成二個子窗口。左邊的窗口為圖像顯示窗口，實現機床加工過程的圖像監(jiān)視；右邊的窗口為網絡控制窗口， 實現網絡聯機與斷開、加工代碼編輯及發(fā)送、機床加工狀態(tài)參數顯示、機床在線網絡調試等功能。 軟件設計的關鍵是數據的網絡傳遞，為了保證數據及時傳遞，在軟件設計中采用了多線程技術，專門建立一個線程對采集的機床數據進行網絡傳遞。該系統(tǒng)的流程圖如圖5所示。數控代碼在客戶機上編輯好之后，可以一次性傳遞給服務器， 服務器將數控代碼保存到內存中，然后在編譯執(zhí)行數控代碼?？刂浦噶畹膫鬟f可以隨時從客戶機傳遞到服務器，服務器接到指令后立即執(zhí)行。對于機床加工圖像和狀態(tài)參數的傳遞則要復雜一些。在服務器上，數控系統(tǒng)通過CCD攝像頭實時采集加工圖像，利用定時器在每一個周期內將圖像保存為位圖文件，然后將位圖文件通過網絡傳遞到客戶機上，客戶機在接收完每一個位圖文件后，用定時器在每一個周期在圖像顯示窗口進行刷新顯示，使加工圖像保持連續(xù)性。同時服務器上的數控系統(tǒng)實時采集機床狀態(tài)參數，利用定時器每一個周期將以一定格式的數據傳遞到客戶機，客戶機對數據進行接收后分析，再用定時器在一個周期內對狀態(tài)參數進行更新顯示。為了避免位圖數據和參數數據在傳遞時的混亂現象，在服務器端采用中斷方法，在傳遞圖像數據時中斷參數數據的傳遞，等圖像數據傳遞完之后再傳遞參數數據，這樣就很好的解決了在數據傳遞過程中的占用通道的矛盾問題。 軟件在運行過程中圖像顯示和參數更新會存在一定的滯后性，這與網絡傳遞的速度以及數據量的大小有一定關系。 3、網絡控制系統(tǒng)演示 圖6為開發(fā)的網絡控制系統(tǒng)在局域網內對機床加工進行網絡監(jiān)控的演示情況。通過試驗可以看出，控制命令和狀態(tài)數據的傳遞實時性較好，可以滿足實際控制的需要；加工狀態(tài)的圖像顯示刷新速度較慢，實時性稍差，圖像顯示具有跳躍性，需要進一步提高圖像顯示的流暢性。 4、結論 本文具體介紹了一套應用于數控機床的網絡控制系統(tǒng)， 基于TCP/IP通訊協(xié)議，利用Socket （套節(jié)字） ，建立服務器/ 客戶機模式，裝有數控系統(tǒng)的主機作為服務器，網絡控制端作為客戶機。通過客戶機對數控機床進行網絡控制和調試， 可以使機床具有更大的柔性和可控性。該系統(tǒng)可以異地實時操作機床， 基本達到動態(tài)調試和監(jiān)控機床運轉情況的目的，為機床控制和調試技術提供了高效的途徑，具有一定的實用性和價值。 參考文獻 【1】韓　江等1 網絡數控系統(tǒng)的概念及其技術內容1 中國機械工程， 2001 （10） ： 1141～11441 【2】張　潔等1 智能化數控加工單元的遠程操作與控制系統(tǒng)1 中國機械工程， 1998 （12） ： 753～7561 【3】周　奇等1 基于網絡的數控制造技術1 機電工程，2002 ， 19 （5） ： 57～611 【4】賈振原等1 遠程控制快速成型加工技術研究1 大連理工大學學報， 2001 ， 41 （4） ： 472～4761 【5】王建峰等1 一種基于Internet 的遠程監(jiān)控系統(tǒng)1 制造業(yè)信息化， 2002 （3） ： 7～91 【6】史旭明等1 基于PC 的開放式數控系統(tǒng)在Intranet 中的應用1 組合機床與自動化加工技術， 2001 ， 1 ： 26～291