数控机床GPRS监控系统的设计

吕建平

摘要：数控机床通过GPRS技术将采集到的数据通过GPRS模块，以IP的方式传送到制造商监控终端，经过制造商的分析纠错，发出新指令给机床的监控中心，通过远程监控就能快速解决用户现场故障或问题。文章就数控机床的一般使用现状、GPRS用于数控机床中监控系统的硬件和软件设计进行简要探讨。

关键词：数控机床；GPRS；远程监控；系统设计

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）11-0020-03

数控机床作为一种新型高端产品应用于工业生产已非常广泛，在GPRS广泛应用的今天，将GPRS监控系统作为一种高效率、高性能的技术应用到数控机床的使用中，对有效发挥数控机床生产效率将产生深远的意义，除了可以迅速解决用户现场问题外，制造商还可以得到直接用户更多的一手资料，从而有效指导用户使用并可以找到自己设计制造的不足。

1 数控机床使用的现状及应用GPRS的可能性

（1）随着科技的进步，许多行业都用先进的科技手段来武装自己，人们的日常生活已常用到GPRS。数控机床工作效率高、精度高，但其具有高新技术的难度，使得这类设备在维修时需要专业人员进行检查和处理，造成使用、维修费用增加。为降低数控机床的使用成本，在对数控机床进行管理时采用GPRS远程监控技术已经成为新时期下数控技术的发展趋势。

（2）目前的数控机床基本上形成了自动化运行模式，但管理方式上大多还按部就班，尤其在发生故障时仍采用文字和电话汇报的形式进行解决、沟通，加上个人理解和语言表达的不同，信息常传达不到位，以致不能在第一时间发现和解决故障。原始的人工管理方式的不足，抑制了数控机床优越性的发挥。

（3）GPRS系统融合了通信、计算机网络、远程故障诊断及远程处理等先进技术，有效地监控数控机床工作，在报警的同时及时发现故障并作出诊断，从根本上解决了用户人工控制难以解决的问题，节约了人工成本，提高了解决问题的效率。由于GPRS监控系统可以在故障出现时第一时间接收到现场信息，进行诊断和消除数控机床故障，这就减少了给生产造成的影响。另外，可以有效地延长数控机床的使用时间，能给企业创造更多的经济效益。

2 GPRS设计思想

2.1 系统整体设计

数控机床中的GPRS系统主要由四部分组成，其中包括GPRS网络、Internet、数控机床监控中心和监控终端。Internet在数控机床监控中心和监控终端网络中起到了连接作用，能够将数控机床的具体工作情况传送到监控终端，可以有效解决人工控制中不易解决的问题，提高了工作的效率。

2.2 各部分的设计

数控机床的监控中心：通过Internet，采用IP+UDP的协议同GPRS实现互动和对话，监控中心的信息能及时地传送给监控终端，并接受监控终端发出的监控、警报、故障诊断等控制指令；Internet通过网络将GPRS在监控中心和监控终端间紧密联系在一起；GPRS网络是整个监控系统的载体，我国目前GPRS已经被广泛地运用到各个领域中，其最大的特点就是传输的速度快，高效准确。数控机床的监控系统可以通过GPRS来实现数控机床监控中心和监控终端之间点对点专业报文数据的互传；监控终端是整套系统的核心，其主要作用是将数控机床监控中心通过Internet发送的数据进行接收并处理；分析处理后将结果传送到数控机床监控中心，指挥数控机床按照新的指令运行。

3 数控机床中GPRS监控系统的软件设计分析

3.1 GPRS监控系统采用的通信协议

要有相应的通信协议来实现数控机床和监控终端之间的协调。GPRS以媒介的形式将数控机床的监控中心和监控终端用Internet来进行互联，这样能有效地采集数据并能够第一时间发送数据进行处理，可以实现对监控中心的远程监控。对将要传送的数据设定开始和结束的标志，然后在监控终端设定不同的序号，这些序号就是区分不同数控机床的标志。监控终端可以将GPRS技术通过通信协议来对整个数控机床进行管理和控制。

3.2 监控系统的软件设计

在整个软件系统模块中，监控终端和监控中心是极其重要的两个部分，在计算机上有不同的软件运行，也有两个系统来设计不同的数据库，通过GPRS和Internet将整个系统联系起来。其中监控中心是由数据库服务器、应用服务器和通信前置机三部分组合而成，从而实现信息之间的交换和联系。监控终端的功能是将数据从监控中心搜集到自己的存储器上，对数据进行储存并且进行必要的分析，通过对数据的分析和对比可以发现数控机床的运行情况；如果没有按照既定的轨迹运行，那么监控终端会立即发出警报，同时会将相应的数据进行备份。

3.3 监控终端程序设计

监控终端程序的设计主要是完成初始化和网络连接等操作，初始化函数主要完成芯片的引脚状态和特殊功能寄存器的设置。对GPRS模块进行初始化设置，并在模块中找到GPRS的命令模式，通过相应的串口将指令发送给GPRS模块，同时和数据信息中心相联系。在建立连接以后，GPRS模块可以通过GPRS网络登录到GGSN，并转到在线模式中。这时串口发出的数据将会通过GPRS模块传送到GGSN中，形成双方的信息互通。在系统方案中，系统主站服务器使用的是静态IP，并且将IP地址写入到GPRS模块中，可以完成IP地址和主服务器之间的连接。在嵌入式环境下，根据具体的功能需求，可以对网络的指令进行函数封装，通过创建相应的联系而实现其功能。

4 数控机床中GPRS监控系统的硬件设计分析

监控终端硬件的开发包括单片机的选择和复位、时钟电路、电源模块和模块接口电路，可以采用无线模块拨号上网并开发相关的终端程序。GPRS终端监控系统的结构主要包括单片机最小系统、GPRS模块、信号采集、天线、SIM卡和电源模块。其中单片机部分采用的是控制芯片微处理器，结合软件开发平台，可以实现编程、调试、仿真，能够保证GPRS终端的功能性、可维护性和可升级性。GPRS数据传输模块选用的是一款尺寸较小的三频模块，此模块支持标准的指令和协议，具有良好的温度特性和稳定的工作性能。模拟信号主要包括数控机床运行轴的控制电压和数控机床的温度等，其中控制电压可以有效地对机床运行轴的旋转状态进行判断。数控机床的运行状态和温升等可以通过数字信号模块进行判断，可以通过对定时器中断方式来进行信号的采集。电源模块可以为单片机和GPRS模块提供稳定的电源，可以保证GPRS模块对电流最大值的要求。

5 结语

相对于传统人工控制方式，GPRS远程监控系统可以有效地解决数控机床管理中出现的一些问题，处理效率较高。数控机床对GPRS监控系统的应用是以GPRS为媒介，将信息数据准确快速地上传到监控终端，同时按照监控终端的新指令工作，继而由监控终端集中控制数控机床的使用。对于一些大型的、较多使用数控机床的企业，应该大力推广GPRS监控系统，从使用的效果来看，其具备良好的使用性，能给企业带来更多的经济效益。

参考文献

[1]许东磊，鞠志鑫.数控机床中GPRS监控系统的设计[J].科技传播，2013，（3）.

[2]赵瑞旺.基于GPRS的数控机床监控系统设计[J].物联网技术，2011，（2）.

[3]罗诗风，颜永红，周继辉.基于GPRS的数控机床远程监控系统[J].微计算机信息，2008，（34）.

（责任编辑：周 琼）