基于MMS與分布式對(duì)象技術(shù)的制造自動(dòng)化通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 濤

（江西電力高級(jí)技工學(xué)校，南昌 330043）

0 引言

制造數(shù)字化、自動(dòng)化、集成化等新理念的提出，創(chuàng)新了制造模式，使其更趨現(xiàn)代化和智能化，但怎樣高效地實(shí)現(xiàn)這些新模式也給制造業(yè)，特別是該領(lǐng)域的研究人員提出了新的挑戰(zhàn)。同時(shí)，越來(lái)越多的智能電子設(shè)備不斷涌現(xiàn), 這些設(shè)備不僅具有很強(qiáng)的當(dāng)?shù)乜刂乒δ埽€有很強(qiáng)的通信能力，如何更充分地利用其效能以完成所需功能也是急需解決的問(wèn)題。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)全球化可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造各個(gè)環(huán)節(jié)的信息與知識(shí)的流通與集成，極大地實(shí)現(xiàn)資源共享和優(yōu)化組合，這能在很大程度上解決了上述問(wèn)題。這就需要將各個(gè)設(shè)備統(tǒng)一在一個(gè)框架之下，最根本的方法是把通訊協(xié)議統(tǒng)一起來(lái)，制造報(bào)文規(guī)范（Manufacturing Message Specif i cation，MMS）正是在這種背景下產(chǎn)生的。但是MMC并未對(duì)客戶機(jī)/服務(wù)器間的通訊方式進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)定，還需要尋求統(tǒng)一的通訊方式。目前，主要是采用分布式對(duì)象技術(shù)來(lái)完成通訊設(shè)計(jì)問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)基于MMS的制造自動(dòng)化。

1 MMS簡(jiǎn)介

為了規(guī)范工業(yè)領(lǐng)域具有通信能力的智能設(shè)備之間的通信行為，增強(qiáng)各制造商設(shè)備間的互操作性，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)單方便，實(shí)現(xiàn)資源共享，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定了一套獨(dú)立的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文規(guī)范MMS[1]。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS0-9506 系列 （對(duì)應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) （GB/T 16720-1996））給出了MMS 的服務(wù)定義和協(xié)議規(guī)范以及四種典型的可編程設(shè)備的伴隨標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人數(shù)控機(jī)床可編程邏輯控制器PLC 和過(guò)程控制。MMS 具有良好的通用性和互操作性，是許多國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的基石，對(duì)其進(jìn)行理論和應(yīng)用研究具有重要意義。

基于開放系統(tǒng)互聯(lián)(Open System Interconnect，OSI)網(wǎng)絡(luò)模式的MMS 為制造系統(tǒng)具備信息交換能力的設(shè)備間定義了統(tǒng)一的通信語(yǔ)言框架。具體地，MMS對(duì)實(shí)體設(shè)備模型和所需的服務(wù)過(guò)程進(jìn)行抽象以得到抽象模型，進(jìn)而對(duì)該抽象模型、其特性以及其操作進(jìn)行定義。MMS一共定義了16種對(duì)象和86 種服務(wù)。其中之一便是虛擬制造設(shè)備（Virtual Manufacturing Device, VMD）, VMD抽象地描述了一個(gè)實(shí)際制造設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)可見部分的行為，VMD模型能使設(shè)備之間具有很高的互操作性，同時(shí)可使MMS與具體制造設(shè)備的內(nèi)部特性無(wú)關(guān)[2]。這樣只需根據(jù)VMD 模型及VMD之間的映射功能，相應(yīng)的實(shí)體設(shè)備就可以進(jìn)入0SI 環(huán)境而成為開放的互連設(shè)備，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。MMS 只要針對(duì)統(tǒng)一的VMD進(jìn)行管理控制，就可完成對(duì)實(shí)體設(shè)備的操作而從VMD 到實(shí)體設(shè)備的映射功能則需根據(jù)不同設(shè)備的具體特性選擇相應(yīng)的伴隨標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

MMS采用客戶/服務(wù)器（Client/Server）模型來(lái)描述服務(wù)過(guò)程。客戶一般是一個(gè)應(yīng)用進(jìn)程，它通過(guò)請(qǐng)求原語(yǔ)向服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求；服務(wù)器是用于實(shí)現(xiàn)特定MMS 服務(wù)的VMD 與實(shí)體設(shè)備的統(tǒng)一體。從客戶端看服務(wù)器僅是一個(gè)VMD ，客戶只需發(fā)出操作VMD 的請(qǐng)求（服務(wù)），而在服務(wù)器端這些請(qǐng)求的操作被映射到實(shí)設(shè)備，進(jìn)而實(shí)體設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的操作并將結(jié)果報(bào)告給VMD，VMD再根據(jù)實(shí)體設(shè)備的報(bào)告修改內(nèi)部的邏輯狀態(tài)及有關(guān)屬性并將結(jié)果返回給客戶，完成一次客戶/服務(wù)器的信息交流，流程如圖1，其中PDU（Protocol Data Unit）為協(xié)議數(shù)據(jù)單元，而MMPM（Manufacturing Message Protocol Machine）為制造信息協(xié)議機(jī)。

圖1 MMS的客戶和服務(wù)器通訊模型

目前，MMS 技術(shù)已廣泛用于工業(yè)過(guò)程控制、工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域[3]，其在電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)通信協(xié)議中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛[4]，其他應(yīng)用如文獻(xiàn)[5]、[6]。但大多數(shù)情況均是基于不同的操作系統(tǒng)平臺(tái)開發(fā)出各自的MMS 通信系統(tǒng)，即用軟件的方式實(shí)現(xiàn)MMS 協(xié)議，其主要缺點(diǎn)是缺乏統(tǒng)一的研究框架、移植自適應(yīng)差，難于充分實(shí)現(xiàn)不同廠商智能設(shè)備間相互通信及資源共享；在MMS的硬件實(shí)現(xiàn)研究方面，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有相關(guān)成果報(bào)道，國(guó)外已經(jīng)開發(fā)出了MMS嵌入式產(chǎn)品UCA/MMS In-a-LINUX-box，但也有其缺點(diǎn)還是很突出，如實(shí)現(xiàn)程序和方法完全固化在板卡中，難以升級(jí)以及其采用的是以太網(wǎng)通訊，難以充分利用現(xiàn)有的工業(yè)總線。因此，研究開發(fā)一種應(yīng)用層遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，克服現(xiàn)有產(chǎn)品缺點(diǎn)的MMS 嵌入化方法有重要意義[1]。

2 基于MMS與分布式對(duì)象技術(shù)的通訊設(shè)計(jì)

MMS雖然定義了智能通訊設(shè)備間的統(tǒng)一通訊語(yǔ)言框架，但并未對(duì)客戶/服務(wù)器間的具體通訊方式進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)定，因此為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化制造系統(tǒng)中各控制實(shí)體設(shè)備間實(shí)時(shí)的報(bào)文通訊，還需要依據(jù)使用要求設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)通訊方法。此處僅對(duì)基于MMS和分布式對(duì)象技術(shù)的通訊實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行簡(jiǎn)述。

分布式對(duì)象技術(shù)是伴隨網(wǎng)絡(luò)而發(fā)展起來(lái)的一種面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，它有效地提高了分布式對(duì)象之間良好的互操作性，其現(xiàn)已成為建立服務(wù)應(yīng)用框架和軟件構(gòu)件的核心技術(shù)，在開發(fā)大型分布式應(yīng)用系統(tǒng)中表現(xiàn)出極大地優(yōu)越性。目前，分布式對(duì)象技術(shù)形成了兩個(gè)主流技術(shù)方向，即對(duì)象管理組織（Object Management Group，OMG）的公用對(duì)象請(qǐng)求代理體系結(jié)構(gòu)（Common Object Request Broker Architecture，CORBA）與微軟（Microsoft，Micro）的分布式組件對(duì)象模型（Distributed Component Object Model，DCOM），兩者各有優(yōu)勢(shì)，簡(jiǎn)要比較見表1[7]。

表1 兩種主要分布式對(duì)象技術(shù)的比較[2]

具體應(yīng)用時(shí)，需按具體的情況選用，而且也已有很多可以借鑒的案例。

基于CORBA—MMS的通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如文獻(xiàn)[2]構(gòu)建了基于CORBA—MMS的自動(dòng)化制造控制系統(tǒng)通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)還對(duì)實(shí)際制造系統(tǒng)中實(shí)體設(shè)備的通訊接口進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并在無(wú)錫職業(yè)學(xué)院的單元自動(dòng)化控制系統(tǒng)中得到了驗(yàn)證；文獻(xiàn)[9] 介紹了基于CORBA 的面向?qū)ο驧MS 協(xié)議的實(shí)現(xiàn)原理及異同步機(jī)制，還對(duì)MMS引入了必要的新對(duì)象，對(duì)該協(xié)議進(jìn)行了擴(kuò)展。

基于DCOM—MMS的通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如文獻(xiàn)[8]系統(tǒng)地設(shè)計(jì)并開發(fā)了一個(gè)基于DCOM—MMS的分布式可重配置機(jī)器人控制系統(tǒng)，并用原型系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證；文獻(xiàn)[10]對(duì)CORBA—MMS和DCOM—MMS進(jìn)行了比較，并基于C++開發(fā)了系統(tǒng)原型對(duì)所構(gòu)建的DCOM—MMS進(jìn)行了驗(yàn)證；文獻(xiàn)[11]構(gòu)建了基于Web—MMS構(gòu)建了車間制動(dòng)化通信模型，并利用Petri網(wǎng)對(duì)其動(dòng)態(tài)行為特性進(jìn)行了分析，也通過(guò)實(shí)驗(yàn)原型對(duì)其性能進(jìn)行了驗(yàn)證。

3 結(jié)束語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)集成自動(dòng)化制造已成為制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合MMS和分布式對(duì)象技術(shù)進(jìn)行制造自動(dòng)化的通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以極大地提高制造系統(tǒng)各智能設(shè)備的互操作性，從而提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

雖然MMS已得到了廣泛的應(yīng)用、針對(duì)MMS和分布式對(duì)象技術(shù)的通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)也得到了很多仿真或?qū)嶒?yàn)論證，但也有很多需要進(jìn)一步研究或創(chuàng)新的內(nèi)容：如對(duì)原有的MMS進(jìn)行完善以滿足最新科技的應(yīng)用；進(jìn)行MMS嵌入化研究；構(gòu)建統(tǒng)一的研究框架，尋求通用的建模或?qū)崿F(xiàn)方法；進(jìn)行比較研究確定最優(yōu)的設(shè)計(jì)模型等。

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