数控装置整机功能检测平台的设计与开发*

宋立志，周会成，徐英鹏

(华中科技大学机械科学与工程学院，武汉 430074)

数控装置整机功能检测平台的设计与开发*

宋立志，周会成，徐英鹏

(华中科技大学机械科学与工程学院，武汉 430074)

为了解决当前数控装置产品测试车间工作效率低下以及质量难以统一管理的问题，文章提出并设计开发了一种基于网络通信和数据库的数控装置整机功能检测平台，该平台搭建了客户端/服务器系统构架，客户端配置SQL Server作为后台数据仓库，选取VC++作为系统开发平台，以ADO对象作数据库连接技术，设计了数控装置接口数据库以及人机界面、接口测试等功能模块;服务器内置数控装置全部接口测试函数，用于测试待测接口的性能。客户端与服务器通过TCP/IP网络通信传输待测接口性能数据。最后，文章以HNC210系列数控装置为研究对象，实现了数控装置接口测试以及将测试结果进行详细存档，自动有效地提高了测试车间质量管理的水平。同时该系统缩短了接口测试周期，提高了工作效率，图形界面显示直观友好。

数控装置;接口测试;数据库;网络通信;质量管理

0 引言

随着国产数控装置在市场占有率的逐年增长［1］，国内主要的数控装置生产企业已经进入了上规模的批量化生产阶段，于是，如何进行高效地产品质量管理是数控企业必须面临的问题。针对数控装置产品的质量检测［2］有多种需求，其中，数控装置接口性能的好坏是评价数控装置质量的一个重要标准。数控装置具有多种外接接口，目前接口测试的方案大多采用单机手动模式，即单独测试不同的接口且需要测试人员人为判断接口好坏并随时将测试结果手动记录下来。这种测试模式不仅使得不同接口的测试来回反复步骤繁琐，效率低下，而且要求测试人员具备一定的测试背景知识，另外，对于整个测试车间的数控装置接口测试结果记录存储比较零散，不便于进行质量管理。

本文利用网络通信技术以客户端/服务器的架构形式设计开发了一种数控装置整机功能检测平台［3］，引入自动测试模式和质量管理数据库，简化测试步骤，提高测试效率，并在客户端存储数控装置的接口性能数据，为测试车间的质量管理提供了有力的策略。

1 数控装置整机功能检测平台总体设计分析

数控装置整机功能检测平台主要具有数控装置接口性能参数采集、接口状态图形化显示、接口测试结果查询及打印等功能［4］。数控装置接口性能参数由数控系统内置测试函数接口获得，然后通过网络通信传输到PC主机显示端，PC主机解析参数数据后直观动态显示接口测试状态，同时将测试结果数据以一定格式录入测试数据库中存档。另外，考虑到系统的安全性，数控装置整机功能检测平台应用程序的访问控制策略由数据库服务器登陆验证来实现，系统能自动识别用户权限并将相应的权限赋予用户。

数控装置整机功能检测项目分为通讯功能、键盘功能、I/O开关量、控制信号、轴接口功能五大功能模块测试(见图1)，其中，通讯功能模块包括远程输入/输出、LAN网络接口、UART串口、USB通讯接口、PS2键盘接口，键盘功能模块包括NC键盘和MCP键盘，I/O开关量模块包含本地输入/输出、输入阈值、输出过载，控制信号模块包括手操盒控制信号、主轴D/A输出信号，轴接口功能模块指主轴、坐标轴脉冲/指令接口。

图1 数控装置整机测试项目组成图

根据系统的功能特点及检测项目，本文设计的数控装置整机功能检测平台搭建了客户端/服务器(C/S)的系统构架模型［5］，其总体框架示意图如图2所示。

检测平台的客户端软件运行于Windows操作系统，利用Visual Studio提供的集成开发平台开发人机交互界面，配置SQL Server服务器，用户界面与数据库服务器交换测试结果、数控装置信息及其他测试信息数据，以达到测试的最佳管理方案;客户端PC机还连接条码仪和打印机，分别作为被测数控装置信息输入以及测试结果输出的辅助工具;服务器设计在数控系统端，内置所有检测项目测试函数，它外连测试过程中必需的远程IO模块和轴伺服电机等其他硬件设备。服务器与客户端通过TCP/IP网络通信交换数据。

图2 数控装置整机功能检测平台总体结构框架示意图

2 网络通信及客户端多线程技术

实现网络通信需要开发两个方面的通信程序，分别运行在客户端与服务器端。客户端的通信程序在Windows环境下利用其提供的网络编程接口Windows Sockets在Visual C++上开发，通过TCP协议流完成与服务器的发送与接收通讯任务，客户端软件包括上层服务接口、通讯协议接口、功能调用接口等几个模块。服务器端通信程序主要由上层服务接口和通讯协议接口两个部分构成，由通讯协议接口收到的请求保存到接收缓冲区等待上层控制软件接收处理，然后通过上层服务接口重新干预到通讯协议层来完成响应;或者直接经由内部函数处理后直接通过通讯协议接口来完成响应。这样，服务器既能接收客户端发来的测试类型或项目指令，又能发送由执行接口测试函数得到的相应接口数据，实现双向数据传输的功能。

为了保证用户能在网络数据传输的过程中操作界面，该系统客户端软件编程基于多线程开发技术开启两个线程:界面操作线程和通信线程。界面操作线程是主线程，它通过网络标志位控制通信线程的启动及终止，同时还要实现自己的可操作功能。

基于网络通信和多线程技术开发的检测系统客户端软件流程如图3所示，系统为网络数据交互分配端口及指定端口大小，分配完毕，系统即以周期的方式循环进行客户端与服务器的网络连接。若连接成功，程序进入网络循环，首先程序循环判断测试指令发送标志位是否为1，若为1，则表示用户需要对某一指定的数控装置接口进行测试，系统根据特定的通信协议写数据包到发送端口WriteEndPoint(port，COMMAND_SEND，size，pBuf);然后循环读取接收端口缓冲区 ReadEndPoint(port，pData，lReadbytes，FALSE)，再将读取数据包解析并调用PostMessage以消息响应的方式把接收数据传送到界面线程进行处理，实现了通信线程和界面线程的数据交互。最后程序通过判断网络循环标志位是否为1来判断网络是否已断开，若网络断开，程序跳出网络循环;若未断开，程序重复执行以上步骤。

图3 数控装置测试的程序流程图

3 数据库与VC的ADO连接技术

ADO是建立在OLE DB底层数据库访问技术基础上的高级编程接口，它不仅继承了OLE DB技术效率高且可以访问多种类型数据源的优点，而且由于ADO是基于组件对象模型(COM)的访问技术，所以ADO产生的应用程序占用内存少。基于以上所述ADO的特点及优点，本文数控装置整机检测平台的客户端界面选用ADO访问技术在VC++程序中实现测试结果数据库与界面的数据交互。

ADO库包含3个基本接口:_ConnectionPtr接口、_CommandPtr接口和_RecordsetPtr接口。为了实现ADO类与测试结果数据库的连接，首先需要创建ADO类的Connection对象m_pConnection.CreateInstance(__uuidof(Connection))，此时_ConnectionPtr接口将返回一个记录集，然后客户端系统就可以使用其他对象执行数据输入输出操作。

通过链接ADO动态库及建立上述数据连接，客户端界面与测试结果数据库的接口便封装完成。在数控装置整机检测平台的质量管理数据库模块中，系统要求界面能调用数据库相关接口封装函数来实现测试结果查询、删除以及测试人员档案管理多种功能。此时，通过_RecordPtr对象对_ConnectionPtr接口返回的记录集进行处理，本系统封装了查找、插入、删除等多个接口函数，用户指定参数即可以完成数据存取、数据筛选等操作。主程序退出时，断开和释放与测试结果数据库的连接。

4 数控装置整机功能检测平台的功能实现

通过对上述关键技术的研究，本文以华中数控公司的HNC210系列数控装置为研究对象成功搭建了基于网络通信和数据库的数控装置整机功能检测平台，以客户端/服务器的架构实现了数控装置接口性能测试，通过配置SQL Server服务器对测试结果进行有效的管理。本文选取MCP键盘接口和主轴坐标轴脉冲/指令接口两个检测项目以及查询功能进行分析其实现过程。

4.1 MCP键盘接口测试实现过程

用户按下MCP键盘面板上的任意键时，客户端界面软件利用图像处理相关技术实现客户端界面同步模拟显示的功能。服务器端网络程序接收到客户端的“MCP键盘”测试指令后，即开始执行MCP键盘测试函数，此函数循环检测按下的MCP键盘键号以及主轴进给档位值。然后，用户依次按行顺序按下MCP面板上的键位，若按下某键时客户端网络程序没有收到数据包，则表示此键存在故障;若按下某键时，客户端解析网络程序接收到的数据包，该数据包包含键位编号等，若键位编号与实际相符，则表示此键正常;否则则表示此键存在故障。客户端模拟单键被按下的状态实现按钮颜色的变化，键故障时，客户端界面显示此键变成红色;键正常时，客户端界面显示此键变成蓝色，测试界面如图4所示，测试完成后，系统自动将MCP键盘测试结果录入测试结果数据库中存储。

图4 MCP键盘接口测试过程界面

4.2 主轴坐标轴脉冲/指令接口测试实现过程

客户端通过网络通信采集数控装置各个轴接口所对应的轴指令位置、实际位置、轴脉冲计数等参数，然后解析网络数据包，并在人机界面上显示出来，同时比较指令位置与实际位置，以做出判断轴接口的性能好坏，轴接口测试界面如图5所示。最后系统自动将轴接口测试结果录入测试结果数据库中存储。

4.3 测试结果查询功能实现

系统通过ADO连接技术使得客户端界面能够访问到测试结果数据库并将需要的数据取出，测试结果数据库主要由测试结果表等表单组成，测试结果表记录测试编号、数控装置编号、数控装置型号、测试人员、测试日期以及远程输入/输出等13项测试项目。在每一次测试完毕之后，系统会自动把测试结果插入测试结果数据库中进行保存，每次的插入记录包括测试项目的状态、数控装置型号、测试编号、索引编号、测试人员和测试日期。用户访问查询界面，设置查询条件高级搜索已测数控装置的测试结果，最终系统把查询结果以表格的方式显示在系统软件界面上，用户点击查询条目可查看某一条目的具体测试结果，查询示例如图6所示。

图5 主轴坐标轴脉冲/指令接口测试过程界面

图6 查询功能显示对话框

5 结束语

本文设计并开发了一种基于网络通信和数据库的数控装置整机功能检测平台，利用客户端/服务器网络通信架构实现了对数控装置全部外接接口的自动测试以及手动测试。该平台通过数据库平台自动存储和查询测试结果，有效地改善了以往人工记录测试结果的状况，实现了车间测试结果与测试人员的计算机辅助管理。另外，系统能实时显示接口的测试过程，不仅为测试人员提供了直观显示的测试环境，也为维修人员提供了快速查找故障的便利条件。

［1］刘强，李冬茹.国产数控机床及其关键技术发展现状及展望［J］.航空制造技术，2010(10):26-30.

［2］张洁，罗欣，杜润生，等.智能化数控加工单元的远程操作与控制系统［J］.中国机械工程，2000，11(7):753-756.

［3］任义，陈欣，牛连强，等.基于以太网的数控机床通信系统研究［J］. 微计算机信息，2005，21(5):196-197.

［4］宋君花，唐航波，曹成昆，等.柴油机混合动力客车测试平台的开发［J］.江苏大学学报，2007，28(2):119-122.

［5］闫伟国，王敏杰，王敏锐.基于以太网和TCP/IP的DNC通信技术研究［J］.大连理工大学学报，2003，43(1):77-80.

［6］成功，杨佃福.VC中几种数据库访问技术的比较与选择［J］.计算机应用研究，2002(2):82-84.

［7］蒋晓健，郑力，梁宇澜，等.基于SQL SERVER的面向对象数据库的构建［J］.计算机工程与应用，2004(4):178-181.

The Design and Development of the Test System for Numerical Control Equipment Interfaces

SONG Li-zhi，ZHOU Hui-cheng，XU Ying-peng
(School of Mechanical Science and Engineering，HuaZhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China)

To solve the problem of the low efficiency of testing Numerical Control equipment interfaces and the restiveness of the quality administration in workshop，this paper designs and develops a test system of Numerical Control equipment function based on the technique of network communication and database.This system constructs a client-to-server architecture.On the client，a background database，selecting VC++as the development tools，is configured，and then we use ADO object to exchange necessary data between the database and output interface developed by VC++.And on the server，all of the detection functions are installed to test the Numerical Control equipment interfaces.The test command from the client and the interface data from the server are transmitted though network conforming TCP/IP.Finally，to illustrate the system，this paper，based on the experiment on HNC210 Numerical Control equipment，implements testing all of the interfaces in HNC210 on the server and stores the detailed test results on the client.Also the system effectively and automatically enhances the quality administration in test workshop，as well as curtailing the period of interfaces testing，advancing the working efficiency and making the output interface more intuitively and friendly.

numerical control equipment;interfaces testing;database;network communication;quality administration

TH16;TG65

A

1001-2265(2012)12-0026-04

2012-04-28

“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项(2012ZX04001012);高等学校博士学科点专项科研基金(20090142120035);大型数控成形装备开放式数控系统研发(BE2010140)

宋立志(1988—)，男，安徽人，华中科技大学硕士，研究方向数控技术与装备，(E-mail)songlizhi0101@163.com。

(编辑 李秀敏)