2 系統(tǒng)的硬件結構設計與實現(xiàn)

    本系統(tǒng)的硬件結構如圖2所示。
 

圖2 系統(tǒng)硬件結構圖

在此系統(tǒng)中，主要部件功能如下：

1)車間級監(jiān)控主機是本系統(tǒng)的前端工控機，通過RTL8139網(wǎng)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(shù)據(jù)庫，并且可以將必要的狀態(tài)信息打包，通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到遠程，進行遠程故障診斷。

2)該系統(tǒng)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(wǎng)絡芯片，通過該芯片與監(jiān)控主機通信。此外，控制模塊內(nèi)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(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

3系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)

    該系統(tǒng)采用了裁剪和優(yōu)化后的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，使用嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite來存儲機床的狀態(tài)信息，系統(tǒng)具有自動報警等智能功能，能根據(jù)特定的報警信號發(fā)送控制命令，以保證系統(tǒng)安全運行。系統(tǒng)主要包括收發(fā)信號處理、智能控制、串口通信、網(wǎng)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(tǒng)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(jīng)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(jīng)機床外置傳感器傳來的信息，經(jīng)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(shù)據(jù)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(jù)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(nèi)存儲器容量有限，使得嵌入式數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)量也有限，本模塊還負責對數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)進行定期清理，刪除已經(jīng)在前端監(jiān)控主機備份的數(shù)據(jù)：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(tǒng)開發(fā)完成后，與經(jīng)裁剪的嵌入式Linux操作系統(tǒng)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(jīng)測試，本系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(tǒng)是基于嵌入式的數(shù)控機床遠程監(jiān)控系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)適用范圍較小。

2)在監(jiān)控和維護方面，本系統(tǒng)可進行遠離現(xiàn)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(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡監(jiān)控和維護；而傳統(tǒng)工控機一般不可能遠程維護，甚至大部分都是現(xiàn)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(tǒng)成本上，本系統(tǒng)使用的是普通PC機作為前端監(jiān)控機，價格低，整體系統(tǒng)方案簡單，方便審查，建設成本，維護成本和擴展成本低：傳統(tǒng)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(tǒng)工控機來說，本系統(tǒng)的硬件升級簡單，軟件更新方便，界面友好。