協同服務中的普通數控設備數據采集研究*

金致富 張為民② 許 瑋

（①同濟大學機械工程學院，上海 201804；②同濟大學中德學院，上海 200092）

在協同服務中，普通數控設備和復雜數控設備是協同服務的設備終端，對這些數控設備運行狀態進行監測是協同服務一項基本內容［1］。然而與復雜數控設備相比較，普通數控設備一般沒有專門的嵌入式數據采集設備，也沒有相應的接口用來實時采集系統的狀態數據［2］。這使得普通數控設備在遠程監測和協同服務中成為被監測的空白區。為了滿足這類數控設備數據采集的需要，一些文獻［3－4］闡述了使用機床RS232接口或數據采集卡作為數控設備數據采集端。但對于一些數控設備來說，實時采集數據仍較為困難，其原因在于這些數控設備沒有提供數據實時傳輸接口。另外，為了實現同時對普通數控設備和復雜數控

協同服務中的普通數控設備數據采集研究*

金致富①張為民①②許 瑋①

（①同濟大學機械工程學院，上海 201804；②同濟大學中德學院，上海 200092）

針對協同服務中的普通數控設備數據采集需求，研究了一種直接從普通數控設備上采集數據以及利用Web服務將數據發布到數控設備遠程訪問平臺的方法。將該方法應用在一臺數控加工中心上，結果表明它能夠實現網絡對加工中心運行狀態實時監測，為普通數控設備支持協同服務奠定基礎。

協同服務 Web服務 數據采集

在協同服務中，普通數控設備和復雜數控設備是協同服務的設備終端，對這些數控設備運行狀態進行監測是協同服務一項基本內容［1］。然而與復雜數控設備相比較，普通數控設備一般沒有專門的嵌入式數據采集設備，也沒有相應的接口用來實時采集系統的狀態數據［2］。這使得普通數控設備在遠程監測和協同服務中成為被監測的空白區。為了滿足這類數控設備數據采集的需要，一些文獻［3－4］闡述了使用機床RS232接口或數據采集卡作為數控設備數據采集端。但對于一些數控設備來說，實時采集數據仍較為困難，其原因在于這些數控設備沒有提供數據實時傳輸接口。另外，為了實現同時對普通數控設備和復雜數控

設備遠程監測的目的，需要采集普通數控設備的運行數據，并封裝成與復雜數控設備一致的數據格式，最后以web服務的形式發布到數控設備遠程訪問平臺。

本文嘗試了使用單片機連接普通數控設備PLC端口，直接獲取數控設備的運行狀態數據。通過現場總線將數據傳輸到普通數控設備的Web服務器，并采用B/S模式，將數據發布到數據查詢服務器，供客戶端調用。

1 系統結構與功能

1.1 系統結構

整個系統分四個層次，分別為數據采集層、Web服務層、數據查詢層以及用戶層，如圖1所示。數據采集層的數據通過現場總線發送到Web服務層，Web服務層通過企業內部網（Intranet）將數據發布到企業內部查詢服務器，或通過以太網（Ethernet）將數據發布到遠程查詢服務器，這樣客戶端就可以通過瀏覽器查詢到普通數控系統的運行狀態。由于Web服務的跨平臺性［5］，不同平臺客戶端瀏覽器都可以監測數控系統的運行狀態。

1.2 底層數據采集

數控系統通過PLC控制機床的動作［6］。因此，通過采集PLC端口數據，就能夠監測機床的一些運行狀態。這些狀態數據與機床的PLC程序直接相關。了解PLC端口的使用情況，就能識別PLC端口上每個數據的含義。采集數據使用單片機，成本低于一般數據采集卡。由于單片機采用弱電傳輸，不能與數控機床的PLC端口直接相連。PLC端口必須進行電平轉換后才能接入單片機，具體的電平轉換方式可以采用光電管轉換或者繼電器轉換。一臺普通數控設備配用一個單片機，單片機通過現場總線將數據發送到Web服務器上。Web服務器部署在現場計算機中，通過計算機上的串口程序與單片機進行異步通訊。

由于系統采用弱電傳輸，可能會受到現場電磁干擾，現場中的單片機與數控設備的連接線以及與Web服務器之間的連接線都要進行屏蔽保護。

1.3 Web服務器

在復雜數控設備中，嵌入的OPC服務器使得數控設備具備Web服務功能。不過很多OCP服務是基于Windows的COM/DCOM組件的，因此需要進一步轉換，使OPC服務成為與平臺無關的OPC－XML Web服務［6］。在普通數控設備中由于沒有提供數據采集接口和服務，因此，需要將采集來的數據封裝成XML形式的Web服務，以便被數據查詢服務器調用。

普通數控設備Web服務器有兩個功能，注冊數控機床信息和提供數控機床的運行狀態信息。首先，必須將新連入的數控設備注冊到Web服務器上。這樣，Web服務就可通過調用串口通信程序搜尋到總線中已注冊的數控設備。其次，一旦數控設備開始運行，Web服務便開始通過串口程序采集數據，并將數據暫存在服務器的數據庫中，等待被調用。此處的Web服務是一個數據采集與封裝的過程，具有平臺無關性，因此可采用.NET或JAVA開發。同時，與復雜設備的Web服務器一同組成Web服務群，被上層查詢服務器調用。

1.4 查詢服務器

查詢服務器是建立在復雜數控設備和普通數控設備甚至是普通機床的一個集成數據查詢平臺。統一查詢服務器可以部署在工作現場中的計算機上也可以部署在遠程計算機上，分別通過局域網和以太網與各類數控設備的Web服務器相連。查詢服務器的功能是接收來自客戶端的查詢任務，調用普通數控設備的Web服務，暫存查詢過的數據。當查詢服務器接收到來自客戶端瀏覽器的查詢任務，查詢服務器先根據查詢設備檢索數據庫中是否有需要查詢的信息；如果沒有，則調用相應普通數控設備的Web服務，查詢Web服務器數據庫中的數據；如果要查詢當前設備運行狀態，查詢服務器則直接調用Web服務讀取普通數控設備PLC上的狀態數據。查詢服務器的客戶端是來自不同平臺的瀏覽器。查詢服務器的工作過程如圖2。

2 系統應用

2.1 系統實現

系統實現是在以西門子802D數控系統為基礎的機床上進行的。802D數控系統是一款精簡版系統，內部沒有提供實時數據采集的接口，只提供了一個用于與數控系統交換數控程序等文件的RS232接口［2］。由于系統內部數據不對外開放，因此直接通過系統的PLC端口來采集數控系統運行時的狀態數據。

數控系統的數據采集設備采用單片機系統實現，通過一個繼電器電平轉換器直接與PLC端口相連接，如圖3所示。

為了不影響PLC工作，采集設備采用高阻抗輸入信號，低阻抗輸出信號。連接電纜全部采用雙絞線屏蔽。當單片機和Web服務器端的串口通訊程序工作時，Web服務器就可以采集機床運行時的狀態數據。

Web服務器采用.NET開發，在VS2005平臺下編寫Web服務程序。Web服務程序首先調用串口通信程序，檢查總線上運行的設備，并將數據存儲在數據庫中。當Web服務被調用時，Web服務采用SOAP消息將數據轉換成XML格式發送給數據查詢服務器。查詢服務器在VS2005平臺下編寫，用于測試普通數控設備Web服務器。客戶端查詢軟件為瀏覽器。只要登陸查詢服務器，輸入查詢項就可以看到相應設備的運行數據。

2.2 系統測試

系統測試對象是VMC0850B立式加工中心，該加工中心的控制器為西門子802D系統。為了方便測試，將單片機8個數據采集端口與PP72/48端口并接（PP72/48端口為數控系統PLC控制機床動作的外部接口），端口及其含義如表1所示。

表1 數據采集端口及其含義

啟動加工中心和Web服務器，Web服務器調用串口程序開始采集數據，此時輸入加工中心的型號便可以查詢到加工中心的歷史運行狀態和當前運行狀態，如圖4所示。

3 結語

針對協同服務中的普通數控設備數據采集需求，本文研究了從數控設備PLC端口直接讀取數控設備狀態數據以及利用Web服務將數據發布到數控設備遠程訪問平臺的方法，并將該方法應用在一臺立式加工中心數據采集上，結果表明它能夠實現網絡對加工中心運行狀態實時監測，為普通數控設備支持協同服務奠定基礎，使得普通數控設備與復雜設備一同成為協同服務中的終端設備。

［1］張為民，虞敏，Horst· Meier，等.復雜設備運行的協同服務支持［J］.同濟大學學報：自然科學版，2008，36（ 8）：1143 －1147.

［2］SINUMERIK 802D簡明調試手冊［M］.SIEMENS公司，2006.

［3］尹穎禹，徐小平，余劍生，等.面向數控設備的WEB服務網關［J］.微計算機信息，2008，13（24）：181 －182，199.

［4］高榮，王治森，章建科.基于Web服務的移動網絡數控系統研究［J］.計算機集成制造系統，2007，9（13）：1750 －1755，1761.

［5］顧寧，劉家茂，柴曉路，等.Web Services原理與研發實踐［M］.北京：機械工業出版社，2006.

［6］陳炳森，胡華麗.西門子802D數控系統PLC編程與應用［J］.裝備制造技術，2008（9）：148 －151.

［7］劉鑫，陳燦，張為民.基于OPC和Web的復雜數據采集研究［J］.機電產品開發與創新，2009（9）：144 －146.

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Research on Data Acquisition of General NC Device in Cooperative Services

JIN Zhifu①，ZHANG Weimin①②，XU Wei①
（ College of Mechanical Engineering，Tongji University，Shanghai 201804，CHN；②Sino－German College，Tongji University，Shanghai 200092，CHN）

For the need of data acquisition of general NC device in cooperative services，this paper researches a method of collecting data from general NC device directly and transmitting these data to a remote data access platform of NC device.When this method is applied to a machining center，the result shows that it could achieve real－ time monitoring of machining center through network.

Cooperative Services；Web Services；Data Acquisition

金致富，男，1985年生，碩士研究生，研究方向：機械制造及其自動化。

（編輯 李 靜） （

2010－01－ 06）

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