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1、 本科毕业设计（论文）开题报告 基于TCP/IP协议的机床远程监控平台的操作界面开发学 院 机械科学与工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号 U200810581 学生姓名 指导教师 2012年 3月 8日目录一、课题背景、来源及意义31.课题背景、来源32.课题意义3二、研究现状3三、研究内容4四、实现方案41.网络监控平台42.软件功能模块53.通讯服务模式54.监控界面开发6五、参加人员及设备7六、计划进度一览表7七、参考文献7一、 课题背景、来源及意义1. 课题背景、来源国外许多著名的数控设备制造商都在所生产的产品中添加了远程维护模块，通过网络对用户提供维修和使用指导。数控设
2、备的复杂程度不断增加，服务地域不断扩大，用户对服务时间的要求也越来越短，因此需要新的服务手段和服务技术支持。服务网络化和数控设备的远程操作、监控等功能是解决这一问题的一种途径。基于网络的远程操作和监控等表现为操作者与操作对象物理上的分离，而在信息上集成。这样扩大了操作者对操作对象的控制范围，提高了管理者对加工设备运行情况掌握的方便程度1。本课题来源于华中科技大学国家数控系统工程技术研究中心承担的项目。2. 课题意义设备的管理和维护对于制造企业是一项非常重要的工作，能够直接影响到企业的生产进度和运行成本，甚至会影响到企业的生存。随着计算机技术的广泛应用，当今企业的管理朝着智能化、数字化的方向发展
3、。对机床等设备的远程监控有着十分重要的意义，主要如下：(1) 通过远程设备状态的监控系统平台，技术任务、管理人员等不需要到达现场就可以监视现场机床设备的运行状态；(2) 机床远程监控系统平台能够将设备的状态清晰直观的展示给管理人员；(3) 机床的状态信息是动态采集的，远程监控系统平台显示设备的状态信息保证了其及时性和真实性，并且保证了状态信息的准确性；(4) 在远程监控系统平台中可以对于人员的信息和权限进行管理，授权给不同级别的人员，能够保证安全性1,2。二、 研究现状利用Internet技术和无线通信技术来实现并完善远程监控系统是国内外的研究热点方向。国外发达国家在其各项先进技术的基础之上在
4、远程监控方面做出了较多的成果。1997年1月首届基于Internet的远程监控诊断工作会议由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办，有来自30个公司和研究机构的50多位代表到会。会议对远程监控系统的开放性体系、传输协议和用户权限做了讨论，并对未来技术的发展做了展望。这些公司之后推出了一个实验性的系统Testbed，对智能报警和监控系统进行了长期的研究，并在一些项目中进行了应用。其一些研究成果形成的成熟产品投入了市场。还有许多国际组织，如MIMOSA、SMFPT、COMADEM等也通过网络进行设备监控与故障诊断咨询和技术推广工作，制定了一些信息交换格式和标准3。日本法拉克公司提出的远程服务系统解决方案
5、，通过远程维护中心，维护工程师可以了解远程用户的操作、PLC等信息；Wisconsin机床厂提出机床直连网站，Wisconsin的技术人员可以通过网络直接查看用户机床控制屏上显示的内容，协助用户诊断机床故障4。最近几年国内在远程监控方面也积极开展研究。不少远程监控方面的论文文献主要研究了以下方面：通过Web服务器采集并在网络上传输实时数据和控制信息，使用户利用Internet实现对设备状态、模拟量数据的实时查看和设备的远程控制；针对传统远程监控系统数据传输效率和稳定性问题提出的基于B/S和C/S架构的嵌入式远程监控系统；基于Web技术的虚拟技术在远程监控系统中的研究等。国内企业也开展了面向数控
6、设备的网络化解决方案的研究。广州数控公司提出了数控设备网络化解决方案，设备工程师可以远距离通过计算机监控机床或者操作机床5。三、 研究内容通过对本课题的研究，学习和熟悉TCP/IP协议与网络编程，并了解socket编程，掌握数控机床的相关控制和检测方法，从而实现PC机与多个DNC-11数控系统之间的通信，能够下发机床的控制指令，并获取机床当前的工作状态，并对获取的信息进行相关的分析，实现机床状态的远程监控。本课题的主要研究内容包括完成远程监控平台的操作界面的开发，实现和完善远程控制、程序控制以及参数管理等模块的具体功能。四、 实现方案1. 网络监控平台图4.1 网络监控平台结构示意图图4.1所
7、示是一个星形拓扑结构的网络监控平台结构图。待监控的DNC-11通过以太网组成局域网，并采用一台标准PC通过HUB与多台DNC-11，一台故障模拟模拟装置相连。PC终端运行监控平台应用软件。DNC-11是带有网络功能的数控系统，能够提供基于TCP/IP协议的网络通讯服务，因此，通过数控系统的网络接口，监控平台就可以通过网络监测数控机床的运行状态6,7。PC终端运行监控平台应用软件，显示各种检测的结果、图形等，发送控制指令，设置机床的参数。2. 软件功能模块图4.2 软件功能模块框图基于网络的数控系统监控平台的软件主要由设备层、数据通讯服务层、核心功能层和应用访问层所组成8。设备层: 数控设备包括
8、具有网络功能的DNC-11系统、数据服务器、故障模拟装置和总线式数控系统。数据通讯服务层：数控通讯服务层提供变量服务、参数服务、命令服务、文件服务、PLC数据服务等。为了向上层应用软件提供透明的服务，需要一系列通讯API接口，以此来将数据通讯服务和上层的应用软件分离，提高程序的移植性。核心功能层：监控平台的核心功能主要包括设备管理、实时监测和在线测试。应用访问层：应用访问主要为用户提供门户访问和数据的查询及实时显示功能，向用户提供一个人机交互环境。3. 通讯服务模式TCP是TCP/IP网络模型中传输层提供的主要协议之一，是一种面向连接的、可靠的通信协议。TCP常用于一次传输交换大量报文的情况，
9、其使用三次握手来建立连接，能保证数据传输的可靠性。在TCP/IP网络应用中，通信的主要模式是客户机/服务器模式，即C/S模式。监控平台中PC机为客户端，负责向服务器端发起通讯请求，支持一对多的通讯连接；DNC-11和故障模拟装置为服务器端，提供数据的上传和下载服务。客户端为运行监控平台的PC机，服务器端为DNC-11和测试机IPC。为了方便的开发网络应用软件，美国伯克利大学在UNIX上推出了一种应用程序访问通信协议的操作系统调用套接字Socket。Socket的出现，使程序员可以很方便的访问TCP/IP，从而开发各种网络应用程序。Socket接口定义了许多函数和例程，是TCP/IP网络最为通用
10、的API。套接字又被引入Windows操作系统，并成为开发网络应用程序非常有效快捷的工具。因此，采用基于TCP协议的套接字编程来开发通讯库9。Socket类型常用的有两种：流式Socket(SOCK_STREAM)和数据报式Socket(SOCK_DGRAM)。其中流式Socket是面向连接的，针对于TCP服务应用,数据无差错无重复的发送，且按照发送顺序接收10。4. 监控界面开发基于TCP/IP协议的数控系统监控平台的监控界面是基于Visual Studio 2008开发工具开发的，采用MFC来完成应用程序的开发。MFC是Microsoft Foundation Class的简写，是微软提供
11、的一套开发Windows应用程序的C+接口，提供了面向对象的框架，将大部分的Windows API封装到C+类中，以类成员函数的形式提供给程序开发人员调用。监控软件是在系统生成的软件框架类的基础上，基于单文档SDI结构开发的基于网络的数控系统性能功能测试应用软件11,12。应用程序NCMonitor系统生成框架类CMainFrameCFileViewToolBarCFileViewCNCMonitorViewCNCMonitorAppCAboutDlgCNCMonitorDocCMainMonitorDlgCWorkshopDlg图4.4 系统生成框架图4.4是基于MFC系统生成的单文档软件框
12、架，在此基础上添加自定义的类来实现功能需求。五、 参加人员及设备本课题参加人员：宋宝、杨勇泉、孙东山、吴栋栋、赵海深本课题所需仪器设备：PC机一台、HUB一个、DNC-11四台数控中心具备课题所需的设备和条件，本课题能够正常开展。六、 计划进度一览表学期序号毕业设计（论文）工作任务工 作 进 度 日 程 安 排周次1234567891011121314151617181920上学期1查阅资料，完成论文综述及开题报告初稿2翻译外文资料3整理资料，撰写开题报告正式稿45下学期6Windows环境下网络通信的编程原理7机床控制与监控相关接口的设计8编程及实现，并现场调试9整理资料，撰写毕业论文，准备
13、答辩10七、 参考文献1 亓学鹏. 基于局域网的远程监控系统的研究与开发D. 山东大学, 2009.2 覃华强. 开放式数控系统远程监控及系统集成研究D. 广西大学, 2007.3 王建新，杨世凤，史永江，童官军. 远程监控技术的发展现状和趋势J. 国外电子测量技术. 2005(4).4 Zhai Wen-zheng, HU Yue-li. Design and Implementation of CNC Machine Remote Monitoring and Controlling System Based on Embedded InternetJ. 2010 International Conference on Intelligent System Design and Engineering Application. 2010: 506-509.5 赖红.
