文/楊家榮，徐志明，王浩林，程松 上海電氣集團股份有限公司中央研究院 (200070)

一、引言

以數控機床設備為主體的生產車間及生產廠的大量出現，為我國機械加工技術的提高提供了良好的基礎條件。但由于數控機床設備是集機、電、液、氣、計算機技術于一體的高技術含量的設備，其運行過程中不可避免地存在各種故障，一般多是由操作工發(fā)現故障后上報，再由維修人員到現場檢查機床并排除故障。這種方式對擁有多個車間，大量數控機床的大型企業(yè)來說，管理效率非常低下。雖然隨著通訊技術的發(fā)展，部分企業(yè)開始嘗試利用遠程診斷技術來統一集中管理所有的數控機床，但這些診斷裝置都需要添加額外的數據采集裝置，如安裝傳感器，監(jiān)測儀等，增加費用的同時，還無法與現有數控系統實現整合。且一般企業(yè)都有來自不同廠商品牌的機床，所使用的數控系統也各不相同，這也對診斷裝置的開發(fā)帶來了一定的難度。

針對這一現狀，研究探討了一種基于DDE技術的數控機床遠程診斷方法，可在局域網內實現診斷計算機與西門子840D數控系統的通訊，能遠程實時讀取來自數控系統的坐標位置信息、參數、PLC狀態(tài)變量，報警內容等信息，且無需增加額外的數據采集裝置，節(jié)約了成本，將維護人員從大量繁瑣的工作中解放出來，增強管理的靈活性和可控性,減少了因故障帶來的各種不良影響。

二、西門子840D數控系統平臺簡介

西門子840D是20世紀90年代推出的高性能數控系統。系統基于PC平臺，擁有各類豐富的接口，以及比一般數控系統更好的人機交互能力和上層應用系統集成能力，便于用戶對系統功能進行定制和參數調節(jié)，其硬件框架如圖1所示。

圖1 840D硬件結構

目前為止，對采用西門子840D數控系統的機床所進行的遠程診斷，主要是采用安裝SINCOM軟件或者ReachOut等遠程診斷軟件，再通過以太網進行通訊。這些軟件都需要額外向西門子購買，且安裝不便，安裝完成后需要進行大量配置，如SINCOM軟件還需要修改PLC，編制相應的PLC程序來配合實現診斷功能，功能也有限，最重要的是，不能按照用戶的需求進行診斷，不夠靈活。

實際上，西門子數控系統控制器中，包含了一個叫做動態(tài)數據交換（DDE）的數據通訊接口服務器程序（NCDDE），通過與用戶編寫的DDE用戶端通訊，可使用戶進行存取NCK中的各個變量和數據，如圖2所示。借助如今發(fā)展成熟的以太網網絡，更可實現機床的遠程管理。這種通訊方式具有統一的接口規(guī)范，可將車間內其他具有相同DDE數據接口的設備全部納入診斷管理的范疇，如上海電氣中央研究院研究開發(fā)的SE300系列數控系統等。

圖2 西門子840D數據通訊方式及其接口

三、動態(tài)數據交換（DDE）技術簡介

DDE的全稱是動態(tài)數據交換（Dynamic data exchange）。自從微軟推出Windows操作系統以來，DDE就已經成為Windows的一部分，并且很多Windows應用程序都使用了DDE技術來實現進程之間的數據交換。DDE是建立在Windows內部消息系統、全局和共享全局內存基礎上的一種協議，用來協調Windows應用程序之間的數據交換和命令調用，它已經成為應用程序之間通信的一種常用方法。DDE過程可以比喻為兩個人的對話，一方向另一方提出問題，然后等待回答，提問的一方稱為“顧客”（Client，本文中為用戶編制的監(jiān)控應用程序），回答一方稱為“服務器”（Server，本文中為西門子840D數控系統）。一個應用程序可以同時是“顧客”和“服務器”:當它向其應用程序中請求數據時，它充當“顧客”，若其他程序需要它提供數據，它是“服務器”。如圖3所示。

圖3 DDE鏈接示意

DDE對話的內容通過三級樹型命名:應用程序名（Application）、主題（Topic）和數據項（Item）來標識DDE所要傳送的數據單元。

(1) 應用程序名（Application）:DDE對話的雙方名稱，如在本機上運行自己編寫的應用程序，則一般是該應用程序的名稱。西門子840D提供的應用程序名稱為“NCDDE”。

(2) 主題（Topic）:主題類似于目錄，是建立會話連接的參數，本例中為"NUC|840D"。報警的獲取則為“MBDDE|ALARME”。

(3) 數據項（Item）:這是具體通信時要傳送的數據內容，比如一個數據或一個字符串，可以是獲取坐標位置的命令，獲取PLC狀態(tài)的命令等，按照實際需要獲取的內容編寫。

建立DDE會話后，用戶程序和服務器程序可以通過三種鏈接方式進行數據交換，分別是:

1、冷鏈接:用戶程序申請數據，服務器程序立即給用戶程序發(fā)送數據；

2、溫鏈接:服務器程序通知用戶程序數據數據項發(fā)生了改變，但是并沒有將已發(fā)生的值發(fā)送給用戶程序。

3、熱鏈接:當數據項發(fā)生變化時，服務器程序立即把變化后的值發(fā)送給用戶程序。

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本文討論的數據交換方法為上述第一種方法。

四、DDE方式實現診斷程序與西門子840D數控系統的通訊

筆者利用VISUAL BASIC6.0開發(fā)了用戶端測試應用程序，由該應用程序將用戶輸入的數據或者需要讀取的內容通過DDE方式傳送給作為服務器的西門子 840D數控系統，再由數控系統將返回的數據通過DDE發(fā)送給用戶端診斷計算機實現診斷，利用該診斷技術可實現如下幾種功能:

(1) 數控系統NCU中各種變量的訪問，如刀具信息、刀偏、零偏、軸坐標位置值等。

(2) R參數的訪問。

(3) PLC中各中變量的訪問，如I/O接口，標志區(qū)M、數據塊DB等，通過訪問這些變量，控制人員可遠程判斷機床故障點，有利于故障的快速排除和集中管理。

(4) 利用VB設計應用界面，如顯示數據、圖形、輸入數據，文件管理等。

(5) 當機床出現報警時，可遠程實時顯示報警內容，便于維修人員迅速掌握報警內容，實現集中控制和管理。

在VISUAL BASIC 提供的標準控件中，TextBox、Lable、PictureBox及Form均具有動態(tài)數據交換的功能。因此，可利用這些控件實現數據的發(fā)送和接收，應用程序的實現方式如下:

(1) 新建一個窗體；

(2) 向窗體中加入相應的控件并命名；

(3) 設置相應控件的屬性，如果在運行時建立聯系，則通過語句設置屬性的值。

(4) 編寫代碼并測試；

(5) 運行所編寫的程序，編譯生成EXE可執(zhí)行文件。

以TextBox為例，在窗體上創(chuàng)建一個TextBox控件，命名為TxtReceive, 另外創(chuàng)建二個Command對象，分別命名為CmdConnect及CmdEnd。分別設置其屬性，并編寫代碼如下:

(1) 建立DDE連接

(2) 退出連接

(3) 數據更新通知，每當數據變化后，自動顯示新數據

以上程序編寫完成后，將其編譯成EXE可執(zhí)行文件，再拷貝到西門子840D數控系統XP系統硬盤上運行，當HMI啟動后，即可獲得當前數控系統的第一個通道的第一根軸的位置信息。TxtReceive.LinkItem 語句中的內容即為所要獲取或發(fā)送的數據內容，將其替換為不同的內容，即可獲得不同的信息，圖4所示的診斷測試程序能讀取某840D系統的X/Y/Z/W4根軸的軸位置信息、PLC I/O狀態(tài)數據、DB塊數據、標志區(qū)M值、R參數值、報警文本等。具體數據項內容的獲取辦法，可參考相關資料。

圖4 機床遠程診斷測試軟件界面

五、服務器端與用戶端計算機的設置

上述程序調試成功后，還只能在本地計算機即西門子840D數控系統本機上運行，要想在同一個局域網內的遠程客戶計算機上通過網絡來運行該程序，實現遠程數據獲取，就要借助微軟的NetDDE技術了。NetDDE是DDE技術的擴展，它提供了一種代理，用來響應網絡上發(fā)到服務器計算機DDE的各種請求，并將請求傳遞到上層應用程序，NetDDE同時也將本機的NetDDE請求發(fā)送到網絡。它在DDE鏈接中起到底層通信的橋梁作用，如圖5所示。每臺裝有Windows操作系統的計算機目錄下（2000/XP），都有一個NetDDE.EXE的文件，對其設置可參考Windows相關幫助，不再詳述。

另外，為了使所開發(fā)的程序能通過網絡順利獲取數據，需要在源程序中對應用程序名和主題稍做改動，本地DDE的地址包括3個部分:應用程序名、主題、項目。而NetDDE則由如下部分組成:\計算機名稱\NDDE$\DDE共享名。完成上述修改后，診斷程序即可順利運行, 通過分別設置網絡上不同計算機的名稱，即可實現多臺機床的遠程診斷，如圖6所示。

圖5 NetDDE實現遠程診斷

圖6 機床遠程診斷網絡

六、結束語

用動態(tài)數據交換（DDE）技術實現了自己設計的診斷程序與西門子840D數控系統之間的通訊，簡化了開發(fā)的難度，提高了效率,可視為開發(fā)數控系統遠程診斷系統的一種很好的方法。該方法具有程序實現簡單、方便、通用性強等特點，可以說，只要數控系統基于PC平臺，并提供了DDE的通訊接口，都可以結合DDE方式，實現數控系統的遠程診斷功能開發(fā)。相關的機床維護人員，經培訓后即可開發(fā)出適合自己需求的診斷程序。