基于CAN总线的DNC远程诊断及监控系统

　
　　
　　DSP数据采集器从传感器组中采集来自数控机床的信号（如来自刀具切削振动信号、机床主轴轴承振动信号、液压系统的温度等），并进行一系列的信号处理（如稳压滤波、A/D转换等）后，经CAN总线送入上位监控机（另有一备份冗余监控机）。上位监控机上的实时在线监控系统不仅能实现数据的实时显示、实时数据的存储，而且还能通过WinSocket控件与数据库之间进行通信。此外，上位监控机还能根据设备的加工能力将加工程序经过CAN总线及RS232/CAN转换模块送入不同的数控机床完成零件的加工;数据库服务器上安装了Microsoft公司的SQLServer2000。数据库服务器应用程序的主要任务是接收和处理来自上位监控机的数据，并将接收的数据写入原始数据缓冲区，在对数据进行分析处理后将其写入SQLServer数据库。当流水线上的某一机床出现故障时，将故障时刻的记录写入设备故障状况表中;Web服务器是设立在Internet上的服务站点，企业故障诊断中心及远程故障诊断中心与Web服务器之间采用B/S（浏览器/服务器）模式，所有监控、分析、诊断软件都放在Web服务器上，并通过Web主页进行管理。
　　
　　2远程诊断及监控系统的实现
　　
　　2.1对实时数据的采集
　　
　　本远程诊断及监控系统中的在现场设备级的通信程序中设置了一些底层函数供上位监控机调用，以实现DSP采集器与监控机的通讯。现场实时数据采集的工作流程是：传感器信号经过必要的稳压滤波，送入ADC（模数转换器），并根据系统对数据的不同需要，若是参考性、资料性信号，就把数据存贮起来适当的时候传到上位机;若是比较紧急和实时的控制反馈数据，比如说机床报警信号，那就及时的传送到上位机进行处理或用作控制。系统中，各DSP芯片独自的完成相应的数据采集。并可通过上位机下传数据表格的方式灵活的改变传感器的定标系数，尤其适合于传感器线性度不是很理想的系统。各DSP的工作状态和工作模式由上位机灵活选择，提高系统的适应能力。
　　
　　数据采集器以DSP芯片-TMS320LF2407A芯片为核心，TMS320LF2407A的ADC模块带有内置采样/保持电路的10位ADC，总共有16个模拟输入通道，可用来实现采集信号的A/D转换。频率采集则利用DSP芯片所带事件管理器的捕获单元完成由于2407A芯片带有六个捕获单元，他们在相应的捕获引脚上出现跳变时被触发，产生捕获中断。TMS320L2407A芯片所带的数据存储空间只有64K，不能满足数据存储的容量，因此需要对2407A芯片进行存储器扩展。考虑到数据量的大小和防止掉电数据丢失问题，因此选用256K×16位的FLASH芯片SST39VF400A作为片外扩展数据存储器。
　　
　　2.2上位监控机与数控机床之间的通信实现
　　
　　为了减轻现场设备管理层的网络负担，本系统在监控机与数控机床之间采用双层CAN网络结构，一层用于加工过程及机床的状态监测，主要用于DSP采集器中实时数据的传输;另一层用于DNC操作，DNC操作子层的主要任务实现NC程序的上传和下载、NC程序的编辑及加工工艺信息的读取等，它通过CAN总线及RS232/CAN转换模块送入不同的数控机床完成零件的加工。
　　
　　（1）采集器中实时数据的传输
　　
　　TMS320LF2407A带有标准的CAN控制器，可以很方便的组成现场级设备网。TMS320LF2407A上的CAN控制器完全支持CAN2.0B协议，其数据帧格式有：标准帧和扩展帧两种不同的帧格式，前者为11位标识符，后者有29位标识符。由于在实际控制中DSP控制器的上传数据仅为32位数据（包括控制器标志符等信息），因此本系统数据格式采用标准帧格式。在实际调试中发现下层的控制器向上位机的传递数据量远大于上位机下传的数据量，因此在数据编码时将控制信息、采样数据编号信息和控制量、采集量均加载在数据字节里。由此CAN总线通讯协议的形式为：“ID号+数据+校验”，其中ID号为各DSP采集器编号，采用11位标识符的前4位。为了保证通讯的可靠性，在数据接受后，都由一个返回帧来表示确认，其校验位（占一个字节）为发送端的固定代码。
　　
　　CAN通讯系统软件设计中，对于接受采用中断的方式，要求系统对于接受到的数据必须马上处理，以提高系统的实时响应特性，其程序流程图见图2。DSP上传实时采集数据的发送采用定时查询的方式，查询ADC采样是否结束并且进行了相应的数据处理后，立即将数据通过CAN控制器装载并发送到CAN总线上。

　　
　　
　　
　　（2）CAN总线及RS232/CAN转换模块