基于Web远程运动控制系统的研究

李伟荣，林尚勇

(1．深圳地铁集团有限公司，广东 深圳 518060)

(2．深圳智信达数控系统有限公司，广东深圳 518054)

现代信息技术特别是分布式计算技术、通讯技术和互联网及其相关软件技术的飞速发展，为在网络环境下的制造提供了更加有效的手段。随着计算机技术以及网络技术的发展，尤其是Internet的普及，人们对工业系统的过程控制提出了越来越高的要求，控制应当不仅仅局限于现场控制，应该与网络Internet/Intranet技术相结合，通过它们对实际控制系统进行远程监控。本文设计并实现了通过网络客户端对快速成形设备进行控制、监测及数据采集的网络控制系统，为进一步研究在网络环境下对数控设备进行远程调试、监控和信息集成奠定基础，具有重大现实意义［1］。

1 单机运动控制系统

单机运动控制系统主要是通过运动控制器控制电机来实现各种控制运动。运动控制器的核心是数字信号处理器(DSP)，它可实现高性能的控制计算。运动控制器提供标准的ISA总线和PCI总线，可以方便地添加到PC机当中。

在动态链接库(DLL)中提供访问运动控制器的数控内核API，该DLL由制造商随运动控制器一起提供。用户在构建自己的应用系统时，通过调用DLL中的数控内核API访问运动控制器，从而将运动控制器的控制功能与用户系统的数据处理、界面显示、网络访问等功能集成在一起，灵活构建符合特定应用要求的控制系统。因此对于不同的加工系统，可以使用运动控制器所提供的数控内核API，开发出相应的应用软件系统。本文所研究的对象为深圳智信达数控系统有限公司提供的、采用固高四轴运动控制卡为本地控制系统的快速成形设备。图1为典型的单机运动控制系统架构。

图1 单机运动控制系统架构

2 远程控制系统模型设计

2．1 远程控制系统网络架构

随着Internet技术的不断发展，互联网应用范围日益广泛，并且互联网的安全性问题、数据传输的实时性问题也得到了很好的解决，使得各种不同的信号都能保质保量地在互联网上传送。

再者，现在数控设备的可控性、开放性越来越好，可以用不同的方式来控制设备的运作。

本系统的网络体系结构如图2所示。

系统采用B/S(浏览器/服务器)网络模式。服务器采用Windows系统自带的IIS服务器。远程控制客户端由浏览器组成，它们负责与运动控制卡的数据接口，并将参数按一定的协议通过网络传递给后端的服务器进行处理。服务器端有专门处理控制参数的服务程序，服务程序根据控制参数调用动态链接库驱动设备运动［2］。

图2 远程控制系统架构

同时服务器端根据服务程序从运动控制卡取得设备的各种状态参数并反馈到客户端，因此客户端能很方便地采集数据和监测设备。

2．2 系统工作流程

用户在浏览器中输入Web服务器的地址，Web服务器将用Flash制作的控制台用浏览器的形式显示到客户端，客户端根据XML配置文件连接到执行服务器。

用户设定好所需参数后提交给应用服务器，应用服务器直接和客户端浏览器建立连接，将运动控制器状态参数传送到浏览器中。当用户发送运动命令时，执行服务器将加工任务映射为运动控制器的数控内核API进行调用，驱动运动控制器实现用户所设定的运动。

图3 基于B/S模式的远程控制系统流程

3 Web远程控制系统的软件设计

3．1 远程数据传送技术

Internet环境下的“WWW”以“请求－响应”的方式进行工作。客户端浏览器只有不断地向Web服务器发送请求，才能进行数据更新，因而具有被动性和滞后性，无法及时获取远程设备的实时状态信息，而且当网页中仅有部分数据发生了变化，Web服务器也必须重新发送整张网页，加重了Web服务器的负担，降低了数据传输的效率。为此，必须引入数据传送技术，以实现客户端浏览器中网页的自动局部更新。

引入数据传送技术后，当远程设备的数据发生变化时或者按照一定的采样周期，服务器可主动向客户端浏览器发送以XML格式封装的仅包含远程设备状态信息的数据，客户端浏览器根据所接收到的数据对网页进行局部更新。

3．2 用户端程序设计

用户端程序主要是开发Web嵌入式数据接收程序，采用兼容性、跨平台性好的Flash Application嵌入网页中来实现数据的传送和接收。

Flash中内建的 XML Socket对象允许基于Flash Application的客户端数据接收程序与远程设备上的数据推送程序之间建立基于Socket的连接，并通过该连接进行双向的无限制数据交换。Flash Application在客户端浏览器中通过XMLSocket向远程设备上的数据推送程序发出连接请求，在与远程设备上的数据推送程序建立连接后，Flash Application就能够自动接收来自远程设备以XML格式封装的数据，并从中分析出所需信息来刷新浏览器中的网页［3］。

当用户提交控制参数后，必须对用户的参数进行XML封装，再传到服务程序中解析。

图4是软件的登录界面，登录后可以实现对设备的简单控制以及对各轴运动进行监测。

图4 用户端界面

3．3 服务器端程序设计

服务器端的程序用C#编写，主要实现以下功能:

a．建立线程监听和处理用户端的请求。

b．接收和解析客户端传送过来的参数，并根据参数调用动态链接库函数驱动设备运转。

c．当驱动设备工作后，启动监测线程，监测机器各轴的状态，并把状态、限位等状态参数封装传送到客户端。

用户打开浏览器对机器进行远程操作时，服务程序创建一个缓冲区用来接收用户封装的数据，然后取得封装数据首节点的第一个子级，通过节点关系可以一级级地解析出子节点的内容。所有的请求数据都采用这种解析的方法处理。

服务程序不断地从设备中取得状态参数，并把参数封装传送到用户浏览器端。由于采用了XML数据封装与解析技术，避免了客户端网页无休止地刷新。

4 实现对终端设备的远程控制

在深圳地铁公司运营总部综合监控实验室，运行远程控制系统的客户端程序，通过Internet网络成功实现对快速成形机各轴的移动控制及坐标位置反馈［4］。

图5 远程控制与反馈

5 结束语

本文所研究的远程运动控制系统主要实现了以下功能:

a．远程设备控制。通过Internet/Intranet网络对设备进行参数设置和控制，如PID参数调节，电机运动位置、速度、加速度参数设置，电机远程启停、正反转控制等等。

b．远程设备监测。对运动控制器位置、限位等状态进行监视并对监测数据进行XML封装后传送到客户端浏览器中。

远程控制系统只是对快速成形设备实现简单的运动和监视，下一步的研究是实现在客户端进行CAD模型的数据切片分解，并将数据封装传输到服务器，实现复杂的运动控制。

［1］ 李健，刘飞．基于网络的先进制造技术［J］．中国机械工程，2001，12(2):154 －158．

［2］ 段光前，阳道善，李水进，等．基于网络的数控制造技术［J］．机械与电子，2001(2):61－63．

［3］ 陈桦，何明格．基于Web Service的制造系统信息集成研究［J］．制造技术与机床，2008(6):133 －136．

［4］ 李伟荣，伍晓宇，赵航，等．SLS快速成形机软件系统的开发［J］．中国制造业信息化，2008，37(19):41－42．