2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

    本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。
 

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

在此系統(tǒng)中，主要部件功能如下：

1)車間級(jí)監(jiān)控主機(jī)是本系統(tǒng)的前端工控機(jī)，通過(guò)RTL8139網(wǎng)卡與后端核心控制模塊相連，向控制模塊發(fā)送對(duì)機(jī)床的控制命令或程序代碼，以及通過(guò)控制模塊接收來(lái)自機(jī)床的狀態(tài)信息，監(jiān)控主機(jī)將接收到的狀態(tài)信息實(shí)時(shí)寫入數(shù)據(jù)庫(kù)，并且可以將必要的狀態(tài)信息打包，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到遠(yuǎn)程，進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷。

2)該系統(tǒng)中最核心的部分是基于S3C2410X的嵌入式控制模塊，該模塊擴(kuò)展集成了AX88796A網(wǎng)絡(luò)芯片，通過(guò)該芯片與監(jiān)控主機(jī)通信。此外，控制模塊內(nèi)部集成了UART控制器，利用該控制器與機(jī)床相連，接收和發(fā)送機(jī)床狀態(tài)信息和控制命令。3)機(jī)床部分，則由PLC的I／O口接收和發(fā)送機(jī)床狀態(tài)信息及控制命令；另外，機(jī)床的刀具部分，由外部傳感器獲得刀具狀態(tài)，然后將信號(hào)發(fā)送到嵌入式處理器，再通過(guò)ADC將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

    該系統(tǒng)采用了裁剪和優(yōu)化后的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，使用嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite來(lái)存儲(chǔ)機(jī)床的狀態(tài)信息，系統(tǒng)具有自動(dòng)報(bào)警等智能功能，能根據(jù)特定的報(bào)警信號(hào)發(fā)送控制命令，以保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。系統(tǒng)主要包括收發(fā)信號(hào)處理、智能控制、串口通信、網(wǎng)口通信等模塊，其中信號(hào)處理模塊、智能控制模塊功能如下：

1)收發(fā)信號(hào)處理模塊完成系統(tǒng)主要的功能，包括從前端工控機(jī)接收控制命令和程序代碼，經(jīng)過(guò)處理后直接發(fā)向機(jī)床，接收來(lái)自機(jī)床PLC的狀態(tài)信息和經(jīng)機(jī)床外置傳感器傳來(lái)的信息，經(jīng)過(guò)處理發(fā)送給前端工控機(jī)，同時(shí)將狀態(tài)信息實(shí)時(shí)寫入嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite；

2)智能控制模塊主要對(duì)接受的機(jī)床狀態(tài)信息進(jìn)行處理，判斷是普通狀態(tài)信息還是報(bào)警信息，如果是報(bào)警信息則根據(jù)不同的報(bào)警狀態(tài)自動(dòng)發(fā)送控制命令到機(jī)床，以達(dá)到保護(hù)機(jī)床的目的，此外由于模塊內(nèi)存儲(chǔ)器容量有限，使得嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)量也有限，本模塊還負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行定期清理，刪除已經(jīng)在前端監(jiān)控主機(jī)備份的數(shù)據(jù)：本模塊主要代碼如下：
 

圖3 主程序流程示意圖

4結(jié)論

    監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)完成后，與經(jīng)裁剪的嵌入式Linux操作系統(tǒng)一塊燒寫到S3C2410開發(fā)板中，配置好軟硬件環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，經(jīng)測(cè)試，本系統(tǒng)能完成所設(shè)計(jì)的各項(xiàng)功能，包括接收機(jī)床的狀態(tài)信息；接收監(jiān)控主機(jī)發(fā)送的控制命令并發(fā)向機(jī)床：實(shí)時(shí)備份和清理嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)；模擬機(jī)床報(bào)警狀態(tài)智能發(fā)送控制命令到機(jī)床等。

    本系統(tǒng)是基于嵌入式的數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)工控機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)：

1)在監(jiān)控范圍和兼容性方面，由于本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，將核心模塊與機(jī)床相互獨(dú)立，即插即用，擴(kuò)展性強(qiáng)，適合大范圍的監(jiān)控需求：而傳統(tǒng)工控機(jī)控制模塊與機(jī)床緊密相關(guān)，兼容性不強(qiáng)，擴(kuò)充不易，系統(tǒng)適用范圍較小。

2)在監(jiān)控和維護(hù)方面，本系統(tǒng)可進(jìn)行遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控，甚至能利用前端工控機(jī)將機(jī)床狀態(tài)信息發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和維護(hù)；而傳統(tǒng)工控機(jī)一般不可能遠(yuǎn)程維護(hù)，甚至大部分都是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和維護(hù)，車間環(huán)境對(duì)工作人員健康影響較大且維護(hù)費(fèi)用較高。

3)在系統(tǒng)成本上，本系統(tǒng)使用的是普通PC機(jī)作為前端監(jiān)控機(jī)，價(jià)格低，整體系統(tǒng)方案簡(jiǎn)單，方便審查，建設(shè)成本，維護(hù)成本和擴(kuò)展成本低：傳統(tǒng)工控機(jī)使用的是專門的工作站，建設(shè)成本，維護(hù)成本和擴(kuò)展成本很高。另一方面相比傳統(tǒng)工控機(jī)來(lái)說(shuō)，本系統(tǒng)的硬件升級(jí)簡(jiǎn)單，軟件更新方便，界面友好。