基于MTConnect的數(shù)控設(shè)備互聯(lián)共通技術(shù)應(yīng)用研究

【摘要】互聯(lián)網(wǎng)催生各個(gè)領(lǐng)域新業(yè)態(tài)和新技術(shù)，基于MTConnect的數(shù)控設(shè)備互聯(lián)共通技術(shù)獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，并日趨網(wǎng)絡(luò)化、智能化和數(shù)字化。然而由于當(dāng)前的數(shù)控設(shè)備種類(lèi)繁多、信息表達(dá)方式各異，極大地限制了數(shù)控設(shè)備之間的鏈接和信息共享。為此，要構(gòu)建兼容度高、互聯(lián)共通且富有彈性的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)控設(shè)備的互聯(lián)和共通。

【關(guān)鍵詞】基于MTConnect；數(shù)控設(shè)備；互聯(lián)共通技術(shù)；應(yīng)用

一、數(shù)控設(shè)備互聯(lián)共通相關(guān)協(xié)議分析

（一）Step-NC協(xié)議

這是采用面向?qū)ο蟮姆椒?，?duì)數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)的編程、描述格式進(jìn)行規(guī)范和統(tǒng)一，實(shí)時(shí)自動(dòng)獲取數(shù)控設(shè)備加工生產(chǎn)過(guò)程的NC程序代碼，將數(shù)控系統(tǒng)與CAX系統(tǒng)相互鏈接和集成，極其精準(zhǔn)地描述數(shù)控生產(chǎn)加工過(guò)程。然而這種協(xié)議在動(dòng)態(tài)信息建模技術(shù)上還存在欠缺，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)異構(gòu)數(shù)控設(shè)備的信息互聯(lián)共通和共享。

（二）OPC協(xié)議

這是基于OLE、COM/DCOM技術(shù)的前提，面向?qū)ο筮M(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)用規(guī)范化的通信接口函數(shù)表達(dá)方式，描述數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)制造過(guò)程中的接口、方法和屬性，主要涵蓋數(shù)據(jù)采集、事件報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)訪問(wèn)等內(nèi)容。然而，這種協(xié)議還尚未普遍應(yīng)用于離散制造行業(yè)，各廠商之間還無(wú)法實(shí)現(xiàn)充分兼容和互操作。

（三）MTConnect協(xié)議

這個(gè)協(xié)議是基于XML（可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言）的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以HTTP為數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，為上層管理系統(tǒng)提供基礎(chǔ)設(shè)備層的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，使數(shù)控設(shè)備較好地應(yīng)用于即插即用的環(huán)境之中，降低數(shù)控設(shè)備制造系統(tǒng)應(yīng)用的復(fù)雜性和工作量，提升了各異構(gòu)數(shù)控設(shè)備的互操作水平。

二、基于MTConnect的數(shù)控設(shè)備互聯(lián)共通模型設(shè)計(jì)與應(yīng)用

基于MTConnect的數(shù)控設(shè)備互聯(lián)共通技術(shù)可以較好地實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)控設(shè)備的互聯(lián)共通、遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過(guò)建構(gòu)基于MTConnect的數(shù)控設(shè)備互聯(lián)共通模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)異構(gòu)數(shù)控設(shè)備的信息采集、解析、轉(zhuǎn)換、交互和處理。

（一）數(shù)控設(shè)備互聯(lián)共通技術(shù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

（1）“Adapter-Agent”模式?；贛TConnect的數(shù)控設(shè)備互聯(lián)共通可以采用“Adapter-Agent”模式，將專(zhuān)門(mén)的適配器設(shè)計(jì)于異構(gòu)數(shù)控設(shè)備之中，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控制造加工過(guò)程的信息采集、監(jiān)控、轉(zhuǎn)換和處理，達(dá)到車(chē)間數(shù)控設(shè)備的互聯(lián)共通效果。具體來(lái)說(shuō)，該模式的數(shù)控設(shè)備連接方式主要采用如下三種：借由轉(zhuǎn)換設(shè)備連接；借由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接；直接連接。然而，這種模式也有一定的局限性，即：因數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)的增加而影響數(shù)控設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)時(shí)性、完整性和安全性要求。（2）“設(shè)備-Agent-Client”模式。這是一種車(chē)間通用的三層架構(gòu)的設(shè)備互聯(lián)共通模式，包括如下三個(gè)基本模塊：車(chē)床、銑床、加工中心等數(shù)控設(shè)備；Agent軟件；客戶(hù)端軟件應(yīng)用程序，在該模式之中的Agent和數(shù)控設(shè)備相互連接的方式有：內(nèi)置Agent；網(wǎng)絡(luò)連接；串口連接。

（二）Agent架構(gòu)及其功能模塊設(shè)計(jì)

Agent是數(shù)控設(shè)備互聯(lián)共通的關(guān)鍵核心，在確定Agent與設(shè)備的連接方式前提下，調(diào)用接口配置信息，采集、解析和轉(zhuǎn)換數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)信息，借由XML映射器讀取和解析XML文件，再由XML封裝/發(fā)送器進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。具體來(lái)說(shuō)，Agent的功能模塊主要包括有以下內(nèi)容：（1）數(shù)據(jù)采集模塊。以異構(gòu)數(shù)控設(shè)備采集的不同方式為前提，建立異構(gòu)數(shù)控設(shè)備的數(shù)據(jù)采集通道，對(duì)主要的接口函數(shù)進(jìn)行參數(shù)配置和優(yōu)化，如：NetInit（）、NetConnet（）、ChannelInfornation9（）、GetProgram（）等接口函數(shù)，在一定的采樣周期之內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)異構(gòu)數(shù)控設(shè)備的信息數(shù)據(jù)采集。（2）數(shù)據(jù)處理模塊。在采集獲取異構(gòu)數(shù)控設(shè)備的數(shù)據(jù)信息之后，要對(duì)其進(jìn)行格式描述、轉(zhuǎn)換和處理，形成XML文檔，并加以解析、數(shù)據(jù)映射，獲悉異構(gòu)數(shù)控設(shè)備的相關(guān)屬性，最后再進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的封裝和發(fā)送。（3）通信模塊?；贛TConnect的數(shù)控設(shè)備互聯(lián)共通系統(tǒng)要以HTTP傳輸協(xié)議為依托和支撐，進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、客戶(hù)端請(qǐng)求響應(yīng)、封裝XML文檔發(fā)送等操作，較好地實(shí)現(xiàn)各模塊與客戶(hù)端應(yīng)用程序之間的互通和鏈接。（4）決策與智能控制模塊。該模塊是智能化模塊，它主要面向處理后的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、判斷和決策，并將不同的任務(wù)合理分配給各個(gè)模塊，以更好地實(shí)現(xiàn)深入、充分的通信。

（三）客戶(hù)端監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

基于MTConnect協(xié)議和數(shù)控設(shè)備監(jiān)控需求，還要設(shè)計(jì)和構(gòu)建客戶(hù)端監(jiān)控檢測(cè)系統(tǒng)，采用VisualStudio2013軟件及C#語(yǔ)言進(jìn)行編碼實(shí)現(xiàn)。具體包括有以下內(nèi)容：（1）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。該層級(jí)主要用于管理訂單任務(wù)和歷史數(shù)據(jù)信息，全面監(jiān)控和把握數(shù)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障、加工效率等。（2）設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊?？蛻?hù)端接收并解析Agent的數(shù)據(jù)信息，如：數(shù)控設(shè)備制造加工中X軸、Y軸及Z軸三個(gè)伺服軸的實(shí)際位置值等。（3）任務(wù)調(diào)度和管理模塊。主要負(fù)責(zé)數(shù)控設(shè)備的任務(wù)信息和資源狀態(tài)。（4）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊。包括數(shù)控設(shè)備的任務(wù)完成時(shí)間、比例、故障起止時(shí)間等。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于MTConnect的數(shù)控設(shè)備互聯(lián)共通技術(shù)實(shí)現(xiàn)了不同模塊的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，解決了異構(gòu)數(shù)控設(shè)備通信受阻的狀態(tài)，促進(jìn)了數(shù)控設(shè)備加工制造的智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：李進(jìn)（1968.06—），男，漢族，江蘇南京人，大專(zhuān)，助理工程師，研究方向：機(jī)械制造與裝備。