2 系統的硬件結構設計與實現

    本系統的硬件結構如圖2所示。
 

圖2 系統硬件結構圖

在此系統中，主要部件功能如下：

1)車間級監(jiān)控主機是本系統的前端工控機，通過RTL8139網卡與后端核心控制模塊相連，向控制模塊發(fā)送對機床的控制命令或程序代碼，以及通過控制模塊接收來自機床的狀態(tài)信息，監(jiān)控主機將接收到的狀態(tài)信息實時寫入數據庫，并且可以將必要的狀態(tài)信息打包，通過互聯網發(fā)送到遠程，進行遠程故障診斷。

2)該系統中最核心的部分是基于S3C2410X的嵌入式控制模塊，該模塊擴展集成了AX88796A網絡芯片，通過該芯片與監(jiān)控主機通信。此外，控制模塊內部集成了UART控制器，利用該控制器與機床相連，接收和發(fā)送機床狀態(tài)信息和控制命令。3)機床部分，則由PLC的I／O口接收和發(fā)送機床狀態(tài)信息及控制命令；另外，機床的刀具部分，由外部傳感器獲得刀具狀態(tài)，然后將信號發(fā)送到嵌入式處理器，再通過ADC將模擬信號轉換成數字信號。

3系統軟件設計與實現

    該系統采用了裁剪和優(yōu)化后的嵌入式Linux操作系統，使用嵌入式數據庫SQLite來存儲機床的狀態(tài)信息，系統具有自動報警等智能功能，能根據特定的報警信號發(fā)送控制命令，以保證系統安全運行。系統主要包括收發(fā)信號處理、智能控制、串口通信、網口通信等模塊，其中信號處理模塊、智能控制模塊功能如下：

1)收發(fā)信號處理模塊完成系統主要的功能，包括從前端工控機接收控制命令和程序代碼，經過處理后直接發(fā)向機床，接收來自機床PLC的狀態(tài)信息和經機床外置傳感器傳來的信息，經過處理發(fā)送給前端工控機，同時將狀態(tài)信息實時寫入嵌入式數據庫SQLite；

2)智能控制模塊主要對接受的機床狀態(tài)信息進行處理，判斷是普通狀態(tài)信息還是報警信息，如果是報警信息則根據不同的報警狀態(tài)自動發(fā)送控制命令到機床，以達到保護機床的目的，此外由于模塊內存儲器容量有限，使得嵌入式數據庫的數據量也有限，本模塊還負責對數據庫內的數據進行定期清理，刪除已經在前端監(jiān)控主機備份的數據：本模塊主要代碼如下：
 

圖3 主程序流程示意圖

4結論

    監(jiān)控系統開發(fā)完成后，與經裁剪的嵌入式Linux操作系統一塊燒寫到S3C2410開發(fā)板中，配置好軟硬件環(huán)境進行實驗，經測試，本系統能完成所設計的各項功能，包括接收機床的狀態(tài)信息；接收監(jiān)控主機發(fā)送的控制命令并發(fā)向機床：實時備份和清理嵌入式數據庫；模擬機床報警狀態(tài)智能發(fā)送控制命令到機床等。

    本系統是基于嵌入式的數控機床遠程監(jiān)控系統，相比傳統工控機有很多優(yōu)點：

1)在監(jiān)控范圍和兼容性方面，由于本系統采用模塊化設計，將核心模塊與機床相互獨立，即插即用，擴展性強，適合大范圍的監(jiān)控需求：而傳統工控機控制模塊與機床緊密相關，兼容性不強，擴充不易，系統適用范圍較小。

2)在監(jiān)控和維護方面，本系統可進行遠離現場環(huán)境的遠程監(jiān)控，甚至能利用前端工控機將機床狀態(tài)信息發(fā)送到互聯網，實現網絡監(jiān)控和維護；而傳統工控機一般不可能遠程維護，甚至大部分都是現場監(jiān)控和維護，車間環(huán)境對工作人員健康影響較大且維護費用較高。

3)在系統成本上，本系統使用的是普通PC機作為前端監(jiān)控機，價格低，整體系統方案簡單，方便審查，建設成本，維護成本和擴展成本低：傳統工控機使用的是專門的工作站，建設成本，維護成本和擴展成本很高。另一方面相比傳統工控機來說，本系統的硬件升級簡單，軟件更新方便，界面友好。