淺談數(shù)控機床遠程網(wǎng)絡控制技術

◆李金堂

淺談數(shù)控機床遠程網(wǎng)絡控制技術

◆李金堂

（邢臺技師學院 河北 054000）

隨著經濟的發(fā)展，數(shù)控機床在工業(yè)領域的應用越來越廣泛，而且數(shù)控機床不斷朝著自動化、智能化方向發(fā)展，可以利用網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)對數(shù)控機床的遠程控制。本文主要研究數(shù)控機床遠程網(wǎng)絡控制技術的兩種模式以及遠程網(wǎng)絡控制容易遇到的問題。

數(shù)控機床；網(wǎng)絡控制；問題

網(wǎng)絡時代的到來，許多行業(yè)都迎來了巨大變革，通過對網(wǎng)絡技術的應用，不斷優(yōu)化生產加工流程，提升生產和工作效率。數(shù)控機床在此背景之下，也不斷地優(yōu)化升級，技術含量越來越高，借助互聯(lián)網(wǎng)，開始實現(xiàn)遠程控制數(shù)控機床生產和操作，智能化水平越來越高。

1 數(shù)控機床遠程控制的目的與意義

數(shù)控機床是重要的機械加工設備，是實現(xiàn)自動化生產的關鍵。實現(xiàn)現(xiàn)代化工業(yè)生產，需要提升數(shù)控機床的效率之外，還要實現(xiàn)數(shù)控機床和網(wǎng)絡的通訊功能，也就是在數(shù)控室實現(xiàn)對數(shù)控機床的操控。可以借助企業(yè)內部的控制網(wǎng)和信息網(wǎng)，將機床生產和運作情況聯(lián)系起來，隨時隨地地實現(xiàn)對數(shù)控機床的遠程監(jiān)控，幫助企業(yè)及時掌握數(shù)控機床的運行狀態(tài)。遠程控制技術的應用，人們無須在現(xiàn)場進行生產操作，可以實現(xiàn)對數(shù)控機床運行狀態(tài)各項參數(shù)的有效掌控，尤其是一些惡劣的生產環(huán)境，可以讓技術人員在一個良好的環(huán)境下，完成各項操作。此外，專業(yè)人員利用軟硬件實現(xiàn)對數(shù)控機床高級別的控制，包括設備的啟動、停止，設備狀態(tài)的查看、設備維護等，無須工作人員值守，實現(xiàn)無人胡總少人值守，減少現(xiàn)場操作人員的數(shù)量，通過對數(shù)控機床運行參數(shù)的收集和分析，可以及早地發(fā)現(xiàn)存在的隱性故障，降低機床的故障率，提升數(shù)控機床的利用率。隨著經濟的發(fā)展，許多企業(yè)開始出現(xiàn)跨區(qū)域經營的情況，借助網(wǎng)絡技術進行遠程監(jiān)控，實現(xiàn)降低成本的目的，提升企業(yè)的競爭力。

2 數(shù)控機床遠程控制的兩種結構

20世紀80年代，美國學者開放性思想的提出，也就是使用通用OS和高性能計算機，提升數(shù)控系統(tǒng)的接口性能，這樣大幅度降低數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)成本，同時也提升數(shù)控系統(tǒng)的性能。開放性數(shù)控系統(tǒng)完美支持TCP/IP，可以輕松實現(xiàn)對數(shù)控系統(tǒng)的遠程監(jiān)控，其系統(tǒng)結構，詳見圖1。

圖1 開放性數(shù)控系統(tǒng)結構

開放性數(shù)控系統(tǒng)和遠程控制端口，都有TCP/IP接口，在開發(fā)應用程序時，可以不用擔心底層的通訊問題，而是將精力放在同CS模式下軟件的交互上。CNC系統(tǒng)軟件是否具備良好的擴展性，將影響著遠程監(jiān)控的難易程度?？梢越柚嫦驅ο缶幊陶Z言接口可以大服務提升服務端的功能，讓其更加全面，拓展遠程控制的范圍。

封閉式的數(shù)控系統(tǒng)，使用的是PC端口，通過RS485/RS232或者RS232轉換器的通訊接口，實現(xiàn)和數(shù)控機床的通訊連接，傳遞代碼，通過數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對機床狀態(tài)的一種實時反饋。在實際的操作中，使用TOP和MAP進行自動化設備連接的情況并不多，更多地是借助PC技術，通過軟件技術，構建系統(tǒng)通訊。圖2，虛線部分就是DNC系統(tǒng)，將PC作為硬件平臺，使用軟件控制數(shù)控系統(tǒng)。

圖2 封閉式數(shù)控系統(tǒng)結構

3 數(shù)控機床遠程控制的軟件結構

軟件部分包括服務器端和遠程控制端，圖3為其功能結構。數(shù)控機床遠程控制軟件設計時，需要考慮的問題有：

圖3 功能結構

首先，Windows系統(tǒng)有著MSComm控制，可以實現(xiàn)對RS232底層動作進行封裝，使用高級程序語言時，可以忽略底層在通訊方面的細節(jié)問題，但是這種封裝方式，導致底層編程喪失靈活性，因此需要加以校驗。實際操作中，通訊程序的主要工作還是用于進行校驗和錯處處理方面，保證控制系統(tǒng)的正常運行。使用C++語言和匯編語言構建DLL串行通訊程序，會讓編程變得十分復雜，但是也有著靈活性強、速度快的特點。

其次，流式套接字，提供一套面向連接的可靠的數(shù)據(jù)傳輸方法，可以確保數(shù)據(jù)不會出現(xiàn)差錯，也不會重復發(fā)送，可以按照數(shù)據(jù)發(fā)送的順序，有序接收數(shù)據(jù)。不管發(fā)送的是單個數(shù)據(jù)，還是整個數(shù)據(jù)，都可以保證數(shù)據(jù)的有序接收。數(shù)據(jù)傳輸過程中，如果出現(xiàn)連接斷開問題時，系統(tǒng)會收到通知。因此，進行遠程控制時，可以采取流式套接字的方式，進行數(shù)據(jù)傳輸，保證操作指令的有效傳遞。

4 數(shù)控機床遠程控制技術的注意事項

數(shù)控機床遠程控制技術的應用需要注意兩方面的內容，一是網(wǎng)絡安全問題，二是網(wǎng)絡傳輸?shù)难訒r性與可靠性。任何一項內容出現(xiàn)問題，都會影響到遠程控制系統(tǒng)。

4.1 網(wǎng)絡安全問題

數(shù)控機床遠程控制技術依托于互聯(lián)網(wǎng)，因此必須將網(wǎng)絡安全放到首位。常見的網(wǎng)絡安全問題包括網(wǎng)絡黑客、木馬、病毒等，出現(xiàn)網(wǎng)絡安全問題影響正常工作，導致系統(tǒng)故障或者癱瘓。例如，木馬就是一種隱藏性很強的遠程控制程序，電腦被植入木馬程序，黑客可以像使用自己的電腦一項，控制被植入木馬的電腦，進行所有操作。解決網(wǎng)絡安全問題，可以通過設置防火墻技術，限制外部用戶訪問內部網(wǎng)絡，并通過設置訪問權限的方式，保證系統(tǒng)的安全。定期進行系統(tǒng)漏洞的查看和修補；對電腦殺毒軟件定期升級；做好U盤、軟盤等外部接入設備的安全檢查；嚴謹瀏覽不安全的網(wǎng)站或者程序。下面我們著重介紹兩種安全防護措施：首先，設置訪問權限和擁護身份驗證，客戶機在使用時，需要有專門的訪問密碼，這樣才能獲得進入資格。遠程控制需要通過驗證，多重驗證的方式，雖然比較煩瑣，但是可以保證企業(yè)和擁護的安全，這樣才能降低企業(yè)在系統(tǒng)管理和維護方面的成本。其次，使用虛擬專用網(wǎng)，也就是VPN，虛擬出一個內部專線，通過特殊的加密協(xié)議，打造出一個安全、臨時，穿過公用網(wǎng)絡的一個安全穩(wěn)定的專用隧道。VPN中使用了許多的安全機制，包括加密技術、隧道技術、密鑰技術、身份認證技術，以此保證網(wǎng)絡的安全，確保系統(tǒng)資料不會被非法讀取或者修改。

4.2 網(wǎng)絡延時問題

遠程控制需要實現(xiàn)信息的實施傳播，也就是在控制終端和機械設備之間，信息及時交互，讓人們可以在任何的時間點，任何的地點，實現(xiàn)對機械設備的遠程控制。該項技術在國內的研究，還處在“黎明期”。信息交互中有著互聯(lián)網(wǎng)的使用，互聯(lián)網(wǎng)對于信息傳遞存在的延時性，會影響到系統(tǒng)的性能。圖4基于網(wǎng)絡的遠程控制系統(tǒng)，從其中可以看出，由于網(wǎng)絡的參與，前向通道以及反饋通道信息傳輸時，都會存在信息延時的問題，影響著控制系統(tǒng)的性能，導致上升和過渡時間偏長，出現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)定的情況。我們可以針對此問題，分別設計出前向和反饋通道補償器，保證信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

圖4 基于網(wǎng)路的遠程控制系統(tǒng)

介于互聯(lián)網(wǎng)是動態(tài)變化的，信息的傳遞同樣有著動態(tài)變化，導致無法確定具體的信息延時，而是只能進行粗略的計算。我們在使用系統(tǒng)補償器預測信息傳遞的延時值同實際的信息延時值可能存在誤差，即便是采取補償器的方式，也無法及時地補償信息延時，無法改善系統(tǒng)的性能，因此，控制系統(tǒng)進行延時預測時，根據(jù)以往的延時情況進行分析，用于預測當前的信息延時情況，借助補償器做出調整，確保系統(tǒng)保持良好的性能。機遇互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)控機床遠程控制系統(tǒng)，應該采取延時預測算法和補償器結構，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5 結束語

綜上所述，隨著科技進步，數(shù)控機床逐步朝著自動化和智能化方向發(fā)展。利用互聯(lián)網(wǎng)技術，將數(shù)控機床和計算機相連接，實現(xiàn)對數(shù)控機床的遠程控制，降低人員操作成本，取而代之的是利用終端實現(xiàn)對數(shù)控機床的實時監(jiān)控，實時監(jiān)督數(shù)控機床的運行狀態(tài)，遠程下發(fā)操作指令，控制數(shù)控機床運轉。數(shù)控機床遠程控制離不開網(wǎng)絡的支持，我們應用網(wǎng)絡進行遠程監(jiān)控時，還需要注意網(wǎng)絡安全問題和網(wǎng)絡延時問題，做好相應的應對措施，保證數(shù)控機床遠程控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

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