异构数控机床群控系统关键技术研究及应用

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1、异构数控机床群控系统关键技术研究及应用　　摘要：以SIEMENS840D和FANUC16i系统机床的数据采集群控系统开发为研究对象，通过CNC系统的NCDDE/OPC服务器，采用OEM开发包实现了SIEMENS系统的嵌入式数据采集和FANUC系统的PC数据采集，同时基于B/S结构搭建了异构CNC系统机床的群控系统；同时通过研究机加工工艺误差的相关算法并调用COM组件，实现了工艺方面的系统应用模块开发，使系统可通过采集的机床数据分析加工工艺；对研究进一步分析群控系统中采集数据对工艺优化的影响起到初探讨作用，具有重要的研究价值。　　关键词：SIEMENS84

2、0D；FANUC16i；OEM；OPCServer；工艺误差分析　　中图分类号：TP271文献标识码：A文章编号：2095-1302（2016）03-0-03　　0引言　　群控系统是指用一台或多台计算机，对多台数控机床进行综合数字控制的分布式数控系统，又叫DNC系统；他以计算机技术、通讯技术、数控技术为基础，将数控机床与系统上层管理计算机建立通信，实现PC对CNC机床加工状态的数据采集和集中控制管理。　　当今制造执行系统（MES）在车间生产计划的优化调度、生产过程改进等方面起着越来越重要的作用，群控系统主要应用于MES，并为其提供几乎所有的信息来源，是M

3、ES系统的核心环节，因此有重要的研究价值。7　　国内外对群控系统的研究主要从两大部分展开：群控系统的通信方案与系统搭建、群控系统数据的应用研究。前者主要研究系统内部计算机与CNC机床的软硬件通信方法和群控系统的系统构建方案；后者主要研究如何利用及分析系统采集的相关数据，实现分析数控机床加工状态与刀具磨损、对机床进行故障诊断、机床加工工艺优化的应用方面的研究。　　目前，在群控系统的通信方案与系统搭建研究方面，相关学者对特定系统的CNC机床提出了针对性的通信方案和群控系统搭建方案，研究并讨论了通过硬件、串行通信接口、系统宏指令、商业通信软件和系统开发包等形式

4、采集机床数据并构建系统；然而由于各CNC系统与机床厂家的垄断，CNC系统型号、机床配置的采集接口、系统通信协议都不尽相同，研究开发的相关系统中鲜有能对不同数控机床及系统进行群控的，即异构数控机床的群控，这也给车间的制造及管理水平的提高造成了瓶颈。在群控系统的数据应用研究方面，基于数控机床加工状态与刀具磨损的研究和对机床进行故障诊断的研究已较为成熟，但在机床加工工艺优化的应用研究方面，该领域的研究较少，还未有成熟的应用体系，如何合理有效的分析并应用群控系统采集的机床数据，对提高MES中机床加工工艺质量和进行机加工工艺的质量监管有重要意义。　　由于上述两个问

5、题，文章针对异构数控机床群控系统的构建展开研究，并就群控系统采集数据的加工工艺误差分析问题进行了初步探讨和研究，建立了误差实时分析系统。　　1异构数控机床群控系统　　本文研究的异构数控机床群控系统的主要功能是实时采集SIEMENS7840D和FANUC16i等系统机床的加工状态数据，实现异构CNC机床的监控和管理；该系统可与MES内部的DNC系统、CAD/CAM/CAE/CAPP系统、PDM系统、企业自主开发的应用模块等进行系统集成，实现各系统间的信息交互，该群控系统的加工工艺误差分析模块具有利用采集的机床数据进行机加工工艺质量分析的功能。　　该群控系统

6、主要应用于两大场合：需对机床数据进行实时监控与管理的异构数控机床车间管理系统，以及需要通过数控机床加工状态数据分析其加工工艺质量的系统。　　系统的整体结构如图1所示，异构数控机床群控系统主要由三大模块组成：系统底层的异构机床群、中间层的系统服务器及上层管理系统，各模块间通过以太网进行信息交互。　　车间底层的异构机床群是系统进行数据采集的对象，进行加工状态数据采集的数控机床需带有以太网口，主要有SIEMENS840D、FANUC16i系统机床以及可通过其他方式进行数据采集的普通机床；其中，SIEMENS840D数控系统机床中需嵌入我们开发的数据采集应用程序

7、，以便在系统内采集相应数据，FANUC16i机床需配置快速以太网卡，从而进行网络数据通信。　　PC服务器为系统中间层，主要由两部分组成：数据库服务器及数据通讯应用程序；数据库服务器由MySQL数据库建立，数据通讯应用程序通过C#开发实现；数据通讯应用程序通过TCP/IP实现与SIEMENS840嵌入端数据采集应用程序的动态数据交换，接收相应数据，并通过相应API指令读取FANUC716i机床加工数据，从而实现异构机床的数据采集；之后数据通讯应用程序将采集的数据分别传送至数据库，实现各机床数据的实时管理与存储，其中数据通讯应用程序与数据库间的数据通信通过S

8、QL语言实现。　　服务器获得相关数据后，网页客户端可利用其数据进行各机床的实时状