基于Socket和React的国产数控加工设备远程监测系统

杜伟伟

摘要：针对由国产数控加工设备建立的生产线进行智能化改造，采用B/S架构建立数控加工设备远程监测系统。在设备接入局域网的基础上，服务器端程序根据数控加工设备的IP地址和端口号，基于Socket采用多线程的方式远程读取数控加工设备多源数据信号，将数据存入数据库，并且为Web端提供请求数据所对应的API接口， Web端页面通过API获取多台数控加工设备关键状态信息，包括开机时间、设备产能、电机温度和负载率、报警信息等，实现数控加工设备的远程监测，提升数控加工设备的智能化程度。

关键词： 数控加工设备 监测系统 Socket Web

引言

远程监测又是提升数控加工设备智能化的最有效手段。数控机加工设备的网络化建设是实现智能制造的基础，也是实现远程监测的基础，工业网络通常基于以太网或者无线网络，以TCP/IP协议实现现场设备间和系统间信息的交换，保证通信的实时性。

1总体方案

开发数控加工设备的远程监测系统主要应用任务分散化处理和功能模块化思想，采用B/S架构，将部分逻辑任务放在客户端(Browser)完成，减少服务器端(Server)负担；后端程序采用多线程技术，提升服务器响应速率，并将监测功能模块化，便于生产线数控设备数量增减后，系统的弹性扩展或缩小。

2 数控加工设备硬件

科德五轴加工中心电控柜，主要包括智能型电源、滤波器、电抗器、动态制动模块、细分器等，其中数据信号接入是通过伺服驱动模块和Can模块接入数控系统。

2.1 伺服驱动器

数控加工设备智能电源可接多个伺服驱动器，X/Y/Z/A/C/S/MAG轴分别由一个伺服驱动器控制，每个伺服驱动器上均有用于显示伺服驱动模块的工作状态状态指示灯和多个接口，包括用于连接CNC和伺服驱动模块的Glink光纤总线输入输出接口，接收来自于CNC的指令，并且反馈当前的伺服驱动模块和PLC的数据；PLC电源与抱闸接口及输入输出接口；用于实现系统位置闭环的编码器1接口，用于实现电机闭环控制的编码器2接口；以及用于出厂调试的串口和USB口等，其中高频信号的传输通过PLC接口接入数控系统^[2]。

2.2 Can模块

CAN被广泛应用在数控加工设备中，低频实时信号的传输可以通过Can模块接入数控系统。Can模块通过电源线采用屏蔽双绞线制作，双绞线截面积0.75 ，一根由CAN-H（+24V）接入标记为“V”的插孔中，一根由CAN-L（GND）线接入标记为“G”的插孔中，通过并联方式可以接入多个Can模块，由于数控系统主板集成有一只120欧姆电阻，因此只需要在并联Can模块端接一只120欧姆终端电阻。不同信号类型选择不同的Can模块，将信号线直接插入Can模块信号接口即可^[3]。

3 基于Socket的数据处理

3.1 数据接入

实现对数控加工设备状态的准确实时监测，除了读取数控系统已有的进给速度、转速和倍率等基本信息，还需要通过多种传感器采集反映机床设备运行状态的信息，实现加工现场设备状态的多源感知，外加传感器信号接入数控系统的流程如图1所示。

图1 传感器数据采集流程

高频信号如振动信号等，可接入Kinco伺服驱动器上的输入口，通过Glink总线接入数控系统；低频信号如温度信号，可选择合适的Can模块，通过Can总线接入数控系统，然后进行组态配置，硬件组态属性中包含I/O映像表，是软PLC与外部I/O设备交换数据的唯一接口。I/O设备创建后将在I/O映像区自动分配可访问地址，用户可根据需要手动调整I/O设备在映像区中的访问地址^[4]。

GLink总线本身不具有特别的参数需要配置，但它下辖诸多GLink总线设备，包括GLink伺服和GLink I/O等需要进行参数配置，从而PLC可以通过映像地址读取Glink I/O设备上的信号。

CANopen设备资源绑定I/O映像自动完成，系统分析EDS 文件的PDO 映射，根据映射生成I/O 子设备，并自动绑定I/O 映像。TPDO 映射单元生成为输入子设备，RPDO 映射单元生成为输出子设备，模拟量子设备还是开关量子设备，以及数据位数。

通过组态的配置，PLC可通过I/O映像地址读取接入数据信号，对数据信号进行定义处理，实现对数控系统的逻辑编程控制。

3.2 基于Socket读取数据

服务器程序使用简洁、易读、扩展性强的Python语言开发。通过给向数控系统相应端口发送不同命令，得到需要的返回数据，返回数据为XML格式，后台程序进一步处理，提取关键信息，数控系统开放的主要数据通讯对象指令如表1，此外，还可以将I/O映像地址中的值自定义为PLC变量。

4 基于React的远程监测界面

远程监测系统采用B/S架构，Web端与服务器端通过 API通讯，实现前后端分离开发。下文对登录注册功能以及信息查询功能做出了分析。

4.1 登陆注册功能

系统用户登陆和注册功能是维护系统安全的基础，可以针对数控加工设备操作人员、维修人员和管理人员分别给予不同的权限，用户注册信息存储在数据库user数据表中，登陆时进行验证匹配。针对不同用户开放了不同的管理记录功能，包括机床状态评价功能、故障信息收集功能、优化信息收集功能、操作记录功能等，方便数控加工设备的定期维护保养。

4.2、信息查询

开发信息查询功能如表1所示。

表1 信息查询功能表

类型	序号	功能
故障	1	各类型故障数量
	2	显示故障信息、原因、措施
	3	根据故障编号搜索
	4	根据故障类型筛选
设备	1	设备基本参数信息
刀库	1	各设备刀库刀具数量
	2	各刀具的基本参数
用户	1	用户信息展示
	2	系统管理员可重置密码

5 结语

本文针对使用科德数控系统的国产数控加工设备设计开发了远程监测系统，并且详细描述了监测系统的开发流程，在科德数控加工中心使用的伺服驱动器和Can模块等硬件基础上，多源信号经过组态配置和PLC定义接入数控系统中，开发了用户注册登录页面、数据库信息查询评价页面、单台设备多种信息监测页面以及多台设备多种信息同时监测页面，实现了对生产线上多台设备的远程实时监测，提升了生产线上国产数控加工设备的智能化程度。