引言

隨著網絡技術的發展，網絡控制技術越來越引起大家的重視。網絡控制系統是將計算機網絡技術和自動化控制技術結合起來，從而實現網絡控制。

網絡控制系統集機床技術、控制技術、通信技術、檢測技術、圖像技術、計算機軟件技術、網絡技術等于一體，通過Internet/Intranet對機床進行遠程監控，可以使機床具有更大的柔性和可控性。網絡控制技術作為一種新興技術，已經引起了許多科研單位的廣泛關注[1～3]，多種類型的網絡控制技術正在得到研究和開發，有的基于Web通訊平臺[4～6]，有的利用Socket技術，還有的基于CORBA中間件技術等等，這必將給制造業的發展帶來一場有意義的變革。

本文介紹筆者開發的數控機床的網絡控制系統。該系統以Windows2000為開發平臺，用VisualC++工具開發，采用WindowsSockets，實現了在局域網內對機床的實時監控功能。

1、TCP/IP網絡通信的實現

1.1TCP/IP簡介

所謂TCP/IP只是一個簡稱，分別指網絡協議IP(InternetProtocol)及傳輸控制協議TCP(TransmissionControlProtocol)，是國際互聯網技術中兩個非常重要的通訊協議，適用于任何一組互聯網絡上的通訊。

TCP/IP的結構將網絡分成四個層次，分別是應用層、傳輸層、網絡層和數據鏈路層。這將國際標準組織(ISO)制定的開放系統互聯參考模式(OSI)的七層傳輸參考模式中的一些層面合并，二者之間映射關系如圖1所示。

圖1 TCP/IP與OSI結構模型的映射關系
1.2WindowsSockets簡介

基于TCP/IP的網絡通信可以通過WindowsSockets來實現。套節字(socket)是一種通用的網絡編程接口，它是對通信端點的一種抽象，提供了一種發送和接收數據的機制。

套節字目前有兩種：數據報套節字(DatagramSockets)和流式套節字(StreamSockets)。我們采用流式套節字，因為流式套節字可以將數據按順序無重復地發送到目的地，它提供的是一種可靠的面向連接的數據傳輸方式。

WindowsSockets提供給引用程序開發者一套簡單的應用程序接口，應用程序調用其接口函數實現相互之間的通信。此外WindowsSockets又利用下層的網絡通訊協議(如TCP/IP)功能和操作系統實現實際的通訊工作。它們之間的關系如圖2所示。

圖2 應用程序與Sockets的關系
1.3流式套節字的使用方法

流式套節字的使用方法是基于連接的協議，在傳輸、接收數據之前必須先建立連接，然后才能從數據流中讀出數據。

首先服務器要創建一個用于偵聽的套節字，為該套節字分配地址之后，調用listen()函數使它處于偵聽狀態；客戶機在創建套節字完畢后，為套節字分配地址，然后調用connect()函數，請求與服務器套節字連接；服務器套節字在收到客戶機的連接請求后，調用accept()函數，該函數創建一個用于連接的套節字。應用該套節字和客戶機上的連接套節字，就可以在服務器和客戶機之間進行數據傳輸了。在結束傳輸之后，雙方調用closesocket()函數關閉套節字。其使用方法如圖3所示。

圖3 流式套節字通信流程
2、網絡控制系統的實現

2.1網絡控制系統原理

網絡控制系統軟件運行在客戶機上，客戶機通過局域網和服務器連接。機床的數控系統在服務器中運行，首先啟動服務器的本機數控系統，進行初始設置后，進入網絡控制狀態，打開偵聽套節字，等待客戶機的連接請求，待收到客戶機的連接請求后，對聯機信息進行驗證，如果符合聯機條件，則和客戶機建立連接，雙方可以互相發送和接收信息或指令。服務器的數控系統在網絡控制狀態下可以利用CCD實時采集機床加工狀態圖像和參數，將圖像以位圖格式保存并定時發送到客戶機顯示加工狀態，將狀態參數實時發送到客戶機。在客戶機的遠程控制系統軟件中可以編輯數控加工代碼，然后將數控代碼傳遞到服務器中，并下載到PMAC上等待控制指令。從客戶機向服務器發送機床加工控制指令，控制機床運轉，同時接收服務器發送的信息，動態監視機床加工情況。通過遠程控制程序，客戶機還可在線修改機床加工參數，并能調試機床。

2.2網絡控制系統硬件結構

數控機床的網絡控制系統采用模塊化的硬件結構，數控系統采用“PC+NC”結構，PC機采用奔4主機，NC部分采用開放式多軸運動控制器PMAC2-PCI；網絡系統采用“服務器+客戶機”方式，數控系統運行在服務器上，網絡控制軟件運行在客戶機上，服務器和客戶機通過網卡和通信電纜連接在Intranet/Internet上，數控機床上安裝CCD攝像頭，用來監視機床加工情況，并通過圖像采集卡，將機床的運轉情況實時采集保存。該系統硬件結構如圖4所示。

圖4 網絡控制系統硬件結構
2.3網絡控制系統軟件設計

友好的人機界面對于任何控制系統是不可缺少的。本系統界面設計采用Windows編程中的分隔視技術，將數控系統人機界面分成二個子窗口。左邊的窗口為圖像顯示窗口，實現機床加工過程的圖像監視；右邊的窗口為網絡控制窗口，實現網絡聯機與斷開、加工代碼編輯及發送、機床加工狀態參數顯示、機床在線網絡調試等功能。

軟件設計的關鍵是數據的網絡傳遞，為了保證數據及時傳遞，在軟件設計中采用了多線程技術，專門建立一個線程對采集的機床數據進行網絡傳遞。該系統的流程圖如圖5所示。數控代碼在客戶機上編輯好之后，可以一次性傳遞給服務器，服務器將數控代碼保存到內存中，然后在編譯執行數控代碼。控制指令的傳遞可以隨時從客戶機傳遞到服務器，服務器接到指令后立即執行。對于機床加工圖像和狀態參數的傳遞則要復雜一些。在服務器上，數控系統通過CCD攝像頭實時采集加工圖像，利用定時器在每一個周期內將圖像保存為位圖文件，然后將位圖文件通過網絡傳遞到客戶機上，客戶機在接收完每一個位圖文件后，用定時器在每一個周期在圖像顯示窗口進行刷新顯示，使加工圖像保持連續性。同時服務器上的數控系統實時采集機床狀態參數，利用定時器每一個周期將以一定格式的數據傳遞到客戶機，客戶機對數據進行接收后分析，再用定時器在一個周期內對狀態參數進行更新顯示。為了避免位圖數據和參數數據在傳遞時的混亂現象，在服務器端采用中斷方法，在傳遞圖像數據時中斷參數數據的傳遞，等圖像數據傳遞完之后再傳遞參數數據，這樣就很好的解決了在數據傳遞過程中的占用通道的矛盾問題。