协同服务中的普通数控设备数据采集研究*

金致富 张为民② 许 玮

（①同济大学机械工程学院，上海 201804；②同济大学中德学院，上海 200092）

在协同服务中，普通数控设备和复杂数控设备是协同服务的设备终端，对这些数控设备运行状态进行监测是协同服务一项基本内容［1］。然而与复杂数控设备相比较，普通数控设备一般没有专门的嵌入式数据采集设备，也没有相应的接口用来实时采集系统的状态数据［2］。这使得普通数控设备在远程监测和协同服务中成为被监测的空白区。为了满足这类数控设备数据采集的需要，一些文献［3－4］阐述了使用机床RS232接口或数据采集卡作为数控设备数据采集端。但对于一些数控设备来说，实时采集数据仍较为困难，其原因在于这些数控设备没有提供数据实时传输接口。另外，为了实现同时对普通数控设备和复杂数控

协同服务中的普通数控设备数据采集研究*

金致富①张为民①②许 玮①

（①同济大学机械工程学院，上海 201804；②同济大学中德学院，上海 200092）

针对协同服务中的普通数控设备数据采集需求，研究了一种直接从普通数控设备上采集数据以及利用Web服务将数据发布到数控设备远程访问平台的方法。将该方法应用在一台数控加工中心上，结果表明它能够实现网络对加工中心运行状态实时监测，为普通数控设备支持协同服务奠定基础。

协同服务 Web服务 数据采集

在协同服务中，普通数控设备和复杂数控设备是协同服务的设备终端，对这些数控设备运行状态进行监测是协同服务一项基本内容［1］。然而与复杂数控设备相比较，普通数控设备一般没有专门的嵌入式数据采集设备，也没有相应的接口用来实时采集系统的状态数据［2］。这使得普通数控设备在远程监测和协同服务中成为被监测的空白区。为了满足这类数控设备数据采集的需要，一些文献［3－4］阐述了使用机床RS232接口或数据采集卡作为数控设备数据采集端。但对于一些数控设备来说，实时采集数据仍较为困难，其原因在于这些数控设备没有提供数据实时传输接口。另外，为了实现同时对普通数控设备和复杂数控

设备远程监测的目的，需要采集普通数控设备的运行数据，并封装成与复杂数控设备一致的数据格式，最后以web服务的形式发布到数控设备远程访问平台。

本文尝试了使用单片机连接普通数控设备PLC端口，直接获取数控设备的运行状态数据。通过现场总线将数据传输到普通数控设备的Web服务器，并采用B/S模式，将数据发布到数据查询服务器，供客户端调用。

1 系统结构与功能

1.1 系统结构

整个系统分四个层次，分别为数据采集层、Web服务层、数据查询层以及用户层，如图1所示。数据采集层的数据通过现场总线发送到Web服务层，Web服务层通过企业内部网（Intranet）将数据发布到企业内部查询服务器，或通过以太网（Ethernet）将数据发布到远程查询服务器，这样客户端就可以通过浏览器查询到普通数控系统的运行状态。由于Web服务的跨平台性［5］，不同平台客户端浏览器都可以监测数控系统的运行状态。

1.2 底层数据采集

数控系统通过PLC控制机床的动作［6］。因此，通过采集PLC端口数据，就能够监测机床的一些运行状态。这些状态数据与机床的PLC程序直接相关。了解PLC端口的使用情况，就能识别PLC端口上每个数据的含义。采集数据使用单片机，成本低于一般数据采集卡。由于单片机采用弱电传输，不能与数控机床的PLC端口直接相连。PLC端口必须进行电平转换后才能接入单片机，具体的电平转换方式可以采用光电管转换或者继电器转换。一台普通数控设备配用一个单片机，单片机通过现场总线将数据发送到Web服务器上。Web服务器部署在现场计算机中，通过计算机上的串口程序与单片机进行异步通讯。

由于系统采用弱电传输，可能会受到现场电磁干扰，现场中的单片机与数控设备的连接线以及与Web服务器之间的连接线都要进行屏蔽保护。

1.3 Web服务器

在复杂数控设备中，嵌入的OPC服务器使得数控设备具备Web服务功能。不过很多OCP服务是基于Windows的COM/DCOM组件的，因此需要进一步转换，使OPC服务成为与平台无关的OPC－XML Web服务［6］。在普通数控设备中由于没有提供数据采集接口和服务，因此，需要将采集来的数据封装成XML形式的Web服务，以便被数据查询服务器调用。

普通数控设备Web服务器有两个功能，注册数控机床信息和提供数控机床的运行状态信息。首先，必须将新连入的数控设备注册到Web服务器上。这样，Web服务就可通过调用串口通信程序搜寻到总线中已注册的数控设备。其次，一旦数控设备开始运行，Web服务便开始通过串口程序采集数据，并将数据暂存在服务器的数据库中，等待被调用。此处的Web服务是一个数据采集与封装的过程，具有平台无关性，因此可采用.NET或JAVA开发。同时，与复杂设备的Web服务器一同组成Web服务群，被上层查询服务器调用。

1.4 查询服务器

查询服务器是建立在复杂数控设备和普通数控设备甚至是普通机床的一个集成数据查询平台。统一查询服务器可以部署在工作现场中的计算机上也可以部署在远程计算机上，分别通过局域网和以太网与各类数控设备的Web服务器相连。查询服务器的功能是接收来自客户端的查询任务，调用普通数控设备的Web服务，暂存查询过的数据。当查询服务器接收到来自客户端浏览器的查询任务，查询服务器先根据查询设备检索数据库中是否有需要查询的信息；如果没有，则调用相应普通数控设备的Web服务，查询Web服务器数据库中的数据；如果要查询当前设备运行状态，查询服务器则直接调用Web服务读取普通数控设备PLC上的状态数据。查询服务器的客户端是来自不同平台的浏览器。查询服务器的工作过程如图2。

2 系统应用

2.1 系统实现

系统实现是在以西门子802D数控系统为基础的机床上进行的。802D数控系统是一款精简版系统，内部没有提供实时数据采集的接口，只提供了一个用于与数控系统交换数控程序等文件的RS232接口［2］。由于系统内部数据不对外开放，因此直接通过系统的PLC端口来采集数控系统运行时的状态数据。

数控系统的数据采集设备采用单片机系统实现，通过一个继电器电平转换器直接与PLC端口相连接，如图3所示。

为了不影响PLC工作，采集设备采用高阻抗输入信号，低阻抗输出信号。连接电缆全部采用双绞线屏蔽。当单片机和Web服务器端的串口通讯程序工作时，Web服务器就可以采集机床运行时的状态数据。

Web服务器采用.NET开发，在VS2005平台下编写Web服务程序。Web服务程序首先调用串口通信程序，检查总线上运行的设备，并将数据存储在数据库中。当Web服务被调用时，Web服务采用SOAP消息将数据转换成XML格式发送给数据查询服务器。查询服务器在VS2005平台下编写，用于测试普通数控设备Web服务器。客户端查询软件为浏览器。只要登陆查询服务器，输入查询项就可以看到相应设备的运行数据。

2.2 系统测试

系统测试对象是VMC0850B立式加工中心，该加工中心的控制器为西门子802D系统。为了方便测试，将单片机8个数据采集端口与PP72/48端口并接（PP72/48端口为数控系统PLC控制机床动作的外部接口），端口及其含义如表1所示。

表1 数据采集端口及其含义

启动加工中心和Web服务器，Web服务器调用串口程序开始采集数据，此时输入加工中心的型号便可以查询到加工中心的历史运行状态和当前运行状态，如图4所示。

3 结语

针对协同服务中的普通数控设备数据采集需求，本文研究了从数控设备PLC端口直接读取数控设备状态数据以及利用Web服务将数据发布到数控设备远程访问平台的方法，并将该方法应用在一台立式加工中心数据采集上，结果表明它能够实现网络对加工中心运行状态实时监测，为普通数控设备支持协同服务奠定基础，使得普通数控设备与复杂设备一同成为协同服务中的终端设备。

［1］张为民，虞敏，Horst· Meier，等.复杂设备运行的协同服务支持［J］.同济大学学报：自然科学版，2008，36（ 8）：1143 －1147.

［2］SINUMERIK 802D简明调试手册［M］.SIEMENS公司，2006.

［3］尹颖禹，徐小平，余剑生，等.面向数控设备的WEB服务网关［J］.微计算机信息，2008，13（24）：181 －182，199.

［4］高荣，王治森，章建科.基于Web服务的移动网络数控系统研究［J］.计算机集成制造系统，2007，9（13）：1750 －1755，1761.

［5］顾宁，刘家茂，柴晓路，等.Web Services原理与研发实践［M］.北京：机械工业出版社，2006.

［6］陈炳森，胡华丽.西门子802D数控系统PLC编程与应用［J］.装备制造技术，2008（9）：148 －151.

［7］刘鑫，陈灿，张为民.基于OPC和Web的复杂数据采集研究［J］.机电产品开发与创新，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，硕士研究生，研究方向：机械制造及其自动化。

（编辑 李 静） （

2010－01－ 06）

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