基于DDE技術(shù)的機(jī)床遠(yuǎn)程診斷技術(shù)研究

文/楊家榮，徐志明，王浩林，程松 上海電氣集團(tuán)股份有限公司中央研究院 (200070)

一、引言

以數(shù)控機(jī)床設(shè)備為主體的生產(chǎn)車間及生產(chǎn)廠的大量出現(xiàn)，為我國機(jī)械加工技術(shù)的提高提供了良好的基礎(chǔ)條件。但由于數(shù)控機(jī)床設(shè)備是集機(jī)、電、液、氣、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高技術(shù)含量的設(shè)備，其運(yùn)行過程中不可避免地存在各種故障，一般多是由操作工發(fā)現(xiàn)故障后上報(bào)，再由維修人員到現(xiàn)場檢查機(jī)床并排除故障。這種方式對擁有多個車間，大量數(shù)控機(jī)床的大型企業(yè)來說，管理效率非常低下。雖然隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，部分企業(yè)開始嘗試?yán)眠h(yuǎn)程診斷技術(shù)來統(tǒng)一集中管理所有的數(shù)控機(jī)床，但這些診斷裝置都需要添加額外的數(shù)據(jù)采集裝置，如安裝傳感器，監(jiān)測儀等，增加費(fèi)用的同時，還無法與現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整合。且一般企業(yè)都有來自不同廠商品牌的機(jī)床，所使用的數(shù)控系統(tǒng)也各不相同，這也對診斷裝置的開發(fā)帶來了一定的難度。

針對這一現(xiàn)狀，研究探討了一種基于DDE技術(shù)的數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程診斷方法，可在局域網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)診斷計(jì)算機(jī)與西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的通訊，能遠(yuǎn)程實(shí)時讀取來自數(shù)控系統(tǒng)的坐標(biāo)位置信息、參數(shù)、PLC狀態(tài)變量，報(bào)警內(nèi)容等信息，且無需增加額外的數(shù)據(jù)采集裝置，節(jié)約了成本，將維護(hù)人員從大量繁瑣的工作中解放出來，增強(qiáng)管理的靈活性和可控性,減少了因故障帶來的各種不良影響。

二、西門子840D數(shù)控系統(tǒng)平臺簡介

西門子840D是20世紀(jì)90年代推出的高性能數(shù)控系統(tǒng)。系統(tǒng)基于PC平臺，擁有各類豐富的接口，以及比一般數(shù)控系統(tǒng)更好的人機(jī)交互能力和上層應(yīng)用系統(tǒng)集成能力，便于用戶對系統(tǒng)功能進(jìn)行定制和參數(shù)調(diào)節(jié)，其硬件框架如圖1所示。

圖1 840D硬件結(jié)構(gòu)

目前為止，對采用西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床所進(jìn)行的遠(yuǎn)程診斷，主要是采用安裝SINCOM軟件或者ReachOut等遠(yuǎn)程診斷軟件，再通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。這些軟件都需要額外向西門子購買，且安裝不便，安裝完成后需要進(jìn)行大量配置，如SINCOM軟件還需要修改PLC，編制相應(yīng)的PLC程序來配合實(shí)現(xiàn)診斷功能，功能也有限，最重要的是，不能按照用戶的需求進(jìn)行診斷，不夠靈活。

實(shí)際上，西門子數(shù)控系統(tǒng)控制器中，包含了一個叫做動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）的數(shù)據(jù)通訊接口服務(wù)器程序（NCDDE），通過與用戶編寫的DDE用戶端通訊，可使用戶進(jìn)行存取NCK中的各個變量和數(shù)據(jù)，如圖2所示。借助如今發(fā)展成熟的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，更可實(shí)現(xiàn)機(jī)床的遠(yuǎn)程管理。這種通訊方式具有統(tǒng)一的接口規(guī)范，可將車間內(nèi)其他具有相同DDE數(shù)據(jù)接口的設(shè)備全部納入診斷管理的范疇，如上海電氣中央研究院研究開發(fā)的SE300系列數(shù)控系統(tǒng)等。

圖2 西門子840D數(shù)據(jù)通訊方式及其接口

三、動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）技術(shù)簡介

DDE的全稱是動態(tài)數(shù)據(jù)交換（Dynamic data exchange）。自從微軟推出Windows操作系統(tǒng)以來，DDE就已經(jīng)成為Windows的一部分，并且很多Windows應(yīng)用程序都使用了DDE技術(shù)來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)交換。DDE是建立在Windows內(nèi)部消息系統(tǒng)、全局和共享全局內(nèi)存基礎(chǔ)上的一種協(xié)議，用來協(xié)調(diào)Windows應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)交換和命令調(diào)用，它已經(jīng)成為應(yīng)用程序之間通信的一種常用方法。DDE過程可以比喻為兩個人的對話，一方向另一方提出問題，然后等待回答，提問的一方稱為“顧客”（Client，本文中為用戶編制的監(jiān)控應(yīng)用程序），回答一方稱為“服務(wù)器”（Server，本文中為西門子840D數(shù)控系統(tǒng)）。一個應(yīng)用程序可以同時是“顧客”和“服務(wù)器”:當(dāng)它向其應(yīng)用程序中請求數(shù)據(jù)時，它充當(dāng)“顧客”，若其他程序需要它提供數(shù)據(jù)，它是“服務(wù)器”。如圖3所示。

圖3 DDE鏈接示意

DDE對話的內(nèi)容通過三級樹型命名:應(yīng)用程序名（Application）、主題（Topic）和數(shù)據(jù)項(xiàng)（Item）來標(biāo)識DDE所要傳送的數(shù)據(jù)單元。

(1) 應(yīng)用程序名（Application）:DDE對話的雙方名稱，如在本機(jī)上運(yùn)行自己編寫的應(yīng)用程序，則一般是該應(yīng)用程序的名稱。西門子840D提供的應(yīng)用程序名稱為“NCDDE”。

(2) 主題（Topic）:主題類似于目錄，是建立會話連接的參數(shù)，本例中為"NUC|840D"。報(bào)警的獲取則為“MBDDE|ALARME”。

(3) 數(shù)據(jù)項(xiàng)（Item）:這是具體通信時要傳送的數(shù)據(jù)內(nèi)容，比如一個數(shù)據(jù)或一個字符串，可以是獲取坐標(biāo)位置的命令，獲取PLC狀態(tài)的命令等，按照實(shí)際需要獲取的內(nèi)容編寫。

建立DDE會話后，用戶程序和服務(wù)器程序可以通過三種鏈接方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，分別是:

1、冷鏈接:用戶程序申請數(shù)據(jù)，服務(wù)器程序立即給用戶程序發(fā)送數(shù)據(jù)；

2、溫鏈接:服務(wù)器程序通知用戶程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)項(xiàng)發(fā)生了改變，但是并沒有將已發(fā)生的值發(fā)送給用戶程序。

3、熱鏈接:當(dāng)數(shù)據(jù)項(xiàng)發(fā)生變化時，服務(wù)器程序立即把變化后的值發(fā)送給用戶程序。

基層黨群工作要從基層黨支部建設(shè)、思想政治工作和創(chuàng)新工作機(jī)制等方面入手。通過加強(qiáng)思想建設(shè)、組織建設(shè)、作風(fēng)建設(shè)、廉政建設(shè)、班子建設(shè)等方面的建設(shè)統(tǒng)一思想認(rèn)識，從而發(fā)揮出黨支部的戰(zhàn)斗堡壘作用。

本文討論的數(shù)據(jù)交換方法為上述第一種方法。

四、DDE方式實(shí)現(xiàn)診斷程序與西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的通訊

筆者利用VISUAL BASIC6.0開發(fā)了用戶端測試應(yīng)用程序，由該應(yīng)用程序?qū)⒂脩糨斎氲臄?shù)據(jù)或者需要讀取的內(nèi)容通過DDE方式傳送給作為服務(wù)器的西門子 840D數(shù)控系統(tǒng)，再由數(shù)控系統(tǒng)將返回的數(shù)據(jù)通過DDE發(fā)送給用戶端診斷計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)診斷，利用該診斷技術(shù)可實(shí)現(xiàn)如下幾種功能:

(1) 數(shù)控系統(tǒng)NCU中各種變量的訪問，如刀具信息、刀偏、零偏、軸坐標(biāo)位置值等。

(2) R參數(shù)的訪問。

(3) PLC中各中變量的訪問，如I/O接口，標(biāo)志區(qū)M、數(shù)據(jù)塊DB等，通過訪問這些變量，控制人員可遠(yuǎn)程判斷機(jī)床故障點(diǎn)，有利于故障的快速排除和集中管理。

(4) 利用VB設(shè)計(jì)應(yīng)用界面，如顯示數(shù)據(jù)、圖形、輸入數(shù)據(jù)，文件管理等。

(5) 當(dāng)機(jī)床出現(xiàn)報(bào)警時，可遠(yuǎn)程實(shí)時顯示報(bào)警內(nèi)容，便于維修人員迅速掌握報(bào)警內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)集中控制和管理。

在VISUAL BASIC 提供的標(biāo)準(zhǔn)控件中，TextBox、Lable、PictureBox及Form均具有動態(tài)數(shù)據(jù)交換的功能。因此，可利用這些控件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)方式如下:

(1) 新建一個窗體；

(2) 向窗體中加入相應(yīng)的控件并命名；

(3) 設(shè)置相應(yīng)控件的屬性，如果在運(yùn)行時建立聯(lián)系，則通過語句設(shè)置屬性的值。

(4) 編寫代碼并測試；

(5) 運(yùn)行所編寫的程序，編譯生成EXE可執(zhí)行文件。

以TextBox為例，在窗體上創(chuàng)建一個TextBox控件，命名為TxtReceive, 另外創(chuàng)建二個Command對象，分別命名為CmdConnect及CmdEnd。分別設(shè)置其屬性，并編寫代碼如下:

(1) 建立DDE連接

(2) 退出連接

(3) 數(shù)據(jù)更新通知，每當(dāng)數(shù)據(jù)變化后，自動顯示新數(shù)據(jù)

以上程序編寫完成后，將其編譯成EXE可執(zhí)行文件，再拷貝到西門子840D數(shù)控系統(tǒng)XP系統(tǒng)硬盤上運(yùn)行，當(dāng)HMI啟動后，即可獲得當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)的第一個通道的第一根軸的位置信息。TxtReceive.LinkItem 語句中的內(nèi)容即為所要獲取或發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容，將其替換為不同的內(nèi)容，即可獲得不同的信息，圖4所示的診斷測試程序能讀取某840D系統(tǒng)的X/Y/Z/W4根軸的軸位置信息、PLC I/O狀態(tài)數(shù)據(jù)、DB塊數(shù)據(jù)、標(biāo)志區(qū)M值、R參數(shù)值、報(bào)警文本等。具體數(shù)據(jù)項(xiàng)內(nèi)容的獲取辦法，可參考相關(guān)資料。

圖4 機(jī)床遠(yuǎn)程診斷測試軟件界面

五、服務(wù)器端與用戶端計(jì)算機(jī)的設(shè)置

上述程序調(diào)試成功后，還只能在本地計(jì)算機(jī)即西門子840D數(shù)控系統(tǒng)本機(jī)上運(yùn)行，要想在同一個局域網(wǎng)內(nèi)的遠(yuǎn)程客戶計(jì)算機(jī)上通過網(wǎng)絡(luò)來運(yùn)行該程序，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)獲取，就要借助微軟的NetDDE技術(shù)了。NetDDE是DDE技術(shù)的擴(kuò)展，它提供了一種代理，用來響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)上發(fā)到服務(wù)器計(jì)算機(jī)DDE的各種請求，并將請求傳遞到上層應(yīng)用程序，NetDDE同時也將本機(jī)的NetDDE請求發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)。它在DDE鏈接中起到底層通信的橋梁作用，如圖5所示。每臺裝有Windows操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)目錄下（2000/XP），都有一個NetDDE.EXE的文件，對其設(shè)置可參考Windows相關(guān)幫助，不再詳述。

另外，為了使所開發(fā)的程序能通過網(wǎng)絡(luò)順利獲取數(shù)據(jù)，需要在源程序中對應(yīng)用程序名和主題稍做改動，本地DDE的地址包括3個部分:應(yīng)用程序名、主題、項(xiàng)目。而NetDDE則由如下部分組成:\計(jì)算機(jī)名稱\NDDE$\DDE共享名。完成上述修改后，診斷程序即可順利運(yùn)行, 通過分別設(shè)置網(wǎng)絡(luò)上不同計(jì)算機(jī)的名稱，即可實(shí)現(xiàn)多臺機(jī)床的遠(yuǎn)程診斷，如圖6所示。

圖5 NetDDE實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷

圖6 機(jī)床遠(yuǎn)程診斷網(wǎng)絡(luò)

六、結(jié)束語

用動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自己設(shè)計(jì)的診斷程序與西門子840D數(shù)控系統(tǒng)之間的通訊，簡化了開發(fā)的難度，提高了效率,可視為開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的一種很好的方法。該方法具有程序?qū)崿F(xiàn)簡單、方便、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，可以說，只要數(shù)控系統(tǒng)基于PC平臺，并提供了DDE的通訊接口，都可以結(jié)合DDE方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程診斷功能開發(fā)。相關(guān)的機(jī)床維護(hù)人員，經(jīng)培訓(xùn)后即可開發(fā)出適合自己需求的診斷程序。