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1、数控通信的研究与开发1上下位机通信的层次结构由于Windows操作系统具有开发资源丰富、操作方便等优点；Linux和Dos操作系统都具有强实吋性，通常数控系统的上位机（HMI端）采用Window平台,下位机（NCU端）采用Linux和Dos平台。因此，通信层次的划分耍合理，为上层应用软件提供通用的通信服务接口,屏蔽底层平台的差异、通信引擎的差异和操作系统的差异。本文中的上下位机间通信采用客户端/服务器的模式［8］：其中上位机为客八端，负责向服务器端发起通信请求；卜位机为服务器端，提供数据的上传和下载服务。服务器端分为4个层次:通信引擎层、通信抽象层、通信
2、服务层、数控控制单元;客户端分为通信引擎层、通信抽象层、通信服务层、通信接口层、NCAPI层、人机交互界面。通信服务结构层次如图1所示。通信引擎层实现网络通信、串口通信、总线通信三种通信方式,同时屏蔽操作系统的差异。不同的操作系统中,网络通信、串口通信、总线通信程序的开发主要是相应功能的函数接口不同，因此通过条件编译的方式，每一种通信方式的实现程序中包含多个操作系统中该通信方式实现的代码程序。这样就实现了通信引擎的跨平台。通信抽象层主耍管理网络通信、串口通信、总线通信三种通信引擎。抽象出一系列统一的接口供上层使用，从而屏蔽通信引擎的差异，该层主要维护一个
3、己注册的通信引擎数组,保存每个通信引擎数据结构的指针。通信抽象层利用一个指针保存当前使用的通信引擎。每一个通信引擎的数据结构定义了该通信引擎的一些信息，比如说连接是否建立的判断,以及发送数据接口、接收数据接口、初始化通信接口、退出通信接口的信息提示等。通信抽象层的实现过程如图2际。图2通信抽象层的实现过程示意图服务器端的通信服务层提供不同类熨数据的通信服务，兴户端的通信接口层提供使用服务器端相应通信服务的接口。这两层都是在通信抽象层之上的,因此它们不用关心操作系统和通信引擎的差异。客户端NCAPI层通过调用通信接口层中相应的接口获取数控系统中对应的数据供
4、人机交互界面使用。2通信服务层各功能实现通信服务层是一种而向服务的应用接口，通过调用通信抽象层提供的接口实现通信服务，它不必关心操作系统的差异、通信引擎的差异。通信服务的内容主要包括变量服务、命令服务、文件服务、报警服务等内容。2.1变量服务的设计及实现数控系统中有些数据是需要在上下位机之间经常动态更新的，例如加工位置值、进给速度值、加工误差值等，这一•类数据对传输的可靠性没有很高的要求，但是需要周期的上传和下载。变量服务主要功能就是在服务器端（或NCU端）和客八端（或HMI端）传递需要经常动态更新的数据。变暈服务的原理如图3所示,NCU端数据服务器监控
5、变量心储区的数据变化的情况,有变化就通过通信接口发送到HMI端;HMI端数据服务器监控服务端口，如果有数据就解析报文，并调用数据访问接口向本地的变量镜像区写数据。因此在一个时间片内，总可以保证HMI端保留有NCU端数据的一•个镜像,这样就能保证HM1端变量镜像区和NCU端变量存储区数据的一致性。HMI访问数据只面对木地数据,而不川考虑数据从何而来。2.2命令服务的设计及实现数控系统中有些数据市HMI端发送给NCU端后,NCU端是需要作出相应动作响应的，例如数控系统中的手动功能。这类数据就是命令，它需要NCU给HM1返冋响应，从而使HM1知道NCU端対命令
6、的处理情况。命令服务就是上下位机之间实现数控系统的命令控制，山HMI端发起,NCU端响应。HMI端组装命令数据报文，通过网络发送到NCU端,NUC端接收到命令包后，进行相应的数据报文解析，根据数据报文解析的结杲进行相应的命令操作，最后再向HMI端发送命令处理成功与否的响应消息数据报文。HMI端在设定的吋间内进行超吋检查,确认是否收到成功的响应报文，命令服务的通信模式如图4所示。2.3报警服务的设计及实现数控系统屮的报警信息对于数控机床的维护和保证其加工的安全性至关重要，因此HMI端必须显示数控系统的报警信息。上下位机的报警服务是将NCU端的提示、报警等信
7、息传递给HMI端。在NCU端和HMI端，采用统一•的消息管理器。在NCU端的报警服务器监控消息队列，如果有新的消息,则通过报警服务端口将新报警信息发送到HMI端。HMI端监听报警服务端口，如果有新的报警，则调用消息管理接口，并添加到HMI消息队列中。报警服务的处理过程如图5所示。2.4文件服务的设计及实现上下位机Z间经常需要传输加工程序、参数文件和PLC程序等，因此文件服务必不可少。文件服务主要提供目录的上传、文件的上传和下载。文件服务总是由HMI端提出请求，经NCU响应后进入具体的文件服务。在文件下载服务状态,rhHMI发送文件头,分块发送文件体和文件
8、结束标识,NCU端接收文件头、文件体，并将其储存在文件屮。在文件上传服务状态,r
