开放式、网络化数控系统的研究现状

• 所谓内部网络是指数控系统内CNC单元与伺服驱动及I/O逻辑控制等单元，以现场总线网络连接：对于数控系统硬件，开放性主要是指其电脑、网络、伺服系统及I/O逻辑控制等单元应该具有统一的互联标准，以实现互换性。为使数控系统硬件具有互换性，目前欧洲CNC制造商在其产品中广泛应用SERCOS(Serial Real-time Communication System，一种适于高速伺服控制的网络接口协议，于1995年成为IEC1491国际标准)。现场总线作为与数字驱动单元的接口，则采用Profibus等现场总线作为与I/O逻辑控制单元的接口。
• 所谓外部网络，指的是数控系统与系统外的其他控制系统或外部上位电脑以网络连接：随着现代通信技术和IT业的发展，世界上一些着名的数控系统公司都相继推出了具有网络集成能力和一定智能化水平的控制系统，通过网络实现对设备的远程控制和无人化操作、远程加工程序(特别是大容量程序)传输、远程诊断和远程维修服务等技术服务，并提高机床生产率。如日本大隈(Okuma)机床公司的“IT plaza”(信息技术广场，简称“IT广场”)、日本Mazak(山崎)公司的“Cyber Production Center”(智能生产控制中心，简称CPC)、GE Fanuc公司的“Open Factory CNC”(开放工厂CNC)以及 Siemens公司的“Open Manufacturing Environment”(开放制造环境)等。

开放式、网络化数控系统的特点

HNC-21/22开放式、网络化数控系统的实现方案

• 符合ONC技术规范，具有开放性。
• 基于PC体系结构，以软代硬、简化硬件、易于生产、使用和维修。
• 充分利用已有的华中I型数控系统研究成果。
• 硬件通用，软件跨平台。研制的硬件平台-PC嵌入式＋FPGA硬件平台，可适用于三个不同的软件平台基于DOS的软件平台1、基于LINUX的软件平台2、基于WINDOWS的软件平台3。

ONC系统简介

• 第一层：具有可配置功能、开放的人机界面和通讯接口及协议。
• 第二层：控制装置在明确固定的拓扑结构下允许替换、增加NC核心中的特定模块以满足用户的特殊要求。
• 第三层：拓扑结构完全可变的“全开放”的控制装置。(目前标准未定义)

HNC开放式、网络化数控系统硬件平台

• 支援ONC第一层和第二层要求
• 保留对今后第三层的支持
• 系统从经济型到高档型可伸缩及裁减
• 通过应用程序接口可开发各种应用程序形成不同产品
• 通过设备驱动程序连接各种数控部件
• PC体系结构可运行PC应用软件

• HNC-21/22A：可配4个模拟量伺服驱动装置；
• HNC-21/22C：可配4个串行口伺服驱动装置；
• HNC-21/22D：可配4个脉冲量伺服驱动装置或步进电机驱动装置；
• HNC-21/22F：可配4个脉冲量伺服驱动装置或步进电机驱动装置或4个模拟量伺服驱动装置或4个串行口伺服驱动装置。

HNC开放式、网络化数控系统软件平台

• 基于LINUX自由软件平台
• 软件数控
• 可使用工业标准PC硬件或RISC处理器，增加了开放性
• 32位元体系结构
• 突破640k内存的限制
• 强大的网络通讯功能
• 优良的开发环境
• 丰富的软件资源

HNC-21/22开放式数控系统的网络化应用

华中数控的远程操作监控与诊断平台

• 基本原理
  通过Internet将分布在不同地域的数控设备、现场设备维修工程师、设备制造企业维修工程师及领域专家组织和联系起来，在设备与人之间、人与人之间进行快速的信息传递，形成一个网络化的数控设备诊断与维修谘询系统和视频会议系统，借助网络这一快捷的现代通讯手段，对数控设备故障进行快速诊断。
  
  图5　数控设备E-服务系统总体结构
• 系统构成与工作流程
  数控设备E-服务系统的总体结构如图5所示，主要由数控设备E-服务平台、数控机床网关和远程用户终端三大部分组成。
  数控设备E-服务平台是建立在互联网上的一个特殊网站，内容包括数控设备制造企业的用户档案、协助其进行设备故障诊断的领域专家档案、用户设备电子病历，设备远程操作、诊断、维护模块，以及网络会诊工具等。平台的作用是通过Web这一灵活、方便的形式将与设备技术支持与服务相关的设备诊断信息、用户信息、专家信息组织在一起，形成一个网络化设备故障诊断与服务保障体系，提高产品售后服务质量和效率。
  机床网关是由运行在生产现场的一台PC机或笔记本电脑构成的一个数控机床连接器，它一端通过电话网、移动通讯网、互联网与数控设备E-服务平台相连，另一端则通过局域网/RS232等形式与数控机床相连。其作用是将数控机床内部的PLC信息和外部的音频、视频信息、传感器信息发送到互联网上，供设备远程诊断使用。另外它也可以将远程终端用户浏览器发送来的控制信息转发给与之连接的数控机床。
  远程终端可以是互联网上的任何一台电脑，其用户是设备使用工程师、设备制造工程师或领域专家。他们通过运行在远程终端上的浏览器从数控设备E-服务平台上获取和发布信息，对数控设备故障进行远程协作诊断，提供远程技术支持。
  
  图6　数控设备E-服务系统工作过程示意图
  数控设备E-服务系统的典型工作过程如图6所示。企业用户遇到技术问题时先登录数控设备E-服务平台，利用平台提供的典型案例、设备常见故障、数控设备诊断专家系统等工具尝试自行解决问题；如果用户无法在平台提供的工具下解决问题则请求作为平台管理员的设备制造企业工程师协助解决问题；如果问题还是不能解决则由平台管理员请求异地领域专家进行联合会诊，直至问题解决。
  在国家十五攻关、863、国家自然科学基金等相关项目的支持下，国家数控系统工程技术研究中心与华中数控联合研发的网络化、开放式数控系统平台符合ONC规范，具有良好的开放性和强大的网络功能，已派生出了车、铣、加工中心、齿轮加工机床、仿形机床、磨床、锻压和冲压机床、绗缝机、组合机床、刨床、弯管机、玻璃加工机床等30多种数控系统，在实际应用中得到了有力的验证。