一种基于虚拟化技术的数控系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种数控系统，包括设置在本地的数控装置以及设置在远程的服务端，其与本地的数控装置网络互连，用于处理非实时性任务，包括G代码编程、译码、加工仿真，同时可实现加值功能；其中，所述服务端与数控装置通过安装在所述数控装置上的客户端实现互连，该客户端运行在数控装置系统上，其通过利用虚拟技术在数控装置的人交互设备上对服务器进行虚拟操作，实现在本地数控装置上对服务端的操作控制，进而两者完成协调配合实现数控加工控制。本发明专利技术还公开了一种针对该系统的控制方法。本发明专利技术可实现整个数控系统功能的多样化、弹性化、个性化配置，提高了数控系统的加工效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数控系统
，具体涉及。
技术介绍
数控机床是一种柔性的、高效能的、高精度的自动化机床，能较好地解决复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，一般由数控系统、机床主体和其他辅助装置等组成。数控系统是整个数控机床的核心，集位置(轨迹)、速度、扭矩控制为一体，根据代码指令执行部分或全部数值控制功能，实现一台或多台机械设备的动作控制。如附图1所示，一般数控系统由输入/输出装置、数控装置、可编程控制器(PLC)、伺服系统、检测反馈装置等组成，其中数控装置是数控系统的中枢。 数控装置可以包括显示模块、输入/输出模块、译码器、运动规划器、轴运动控制器、存储器等。其中，显示模块是人机交互的重要媒介，它向用户提供一个直观的操作环境；输入/输出模块是数控装置与外界进行数据和信息交换的接口，包括数控加工程序、控制参数、补偿量等数据的输入以及伺服驱动、轨迹控制等信息的输出；译码器主要用于对数控加工程序的程序段进行译码处理；运动规划器主要完成速度处理以及插补运算；轴运动控制器是数控装置与伺服驱动系统的接口模块，主要负责位置控制；存储器负责零件加工程序、系统配置参数和系统固有数据等信息的存储。 在数控系统功能亟待灵活扩展的今天，当前数控系统普遍采用的是PC+NC的上下位机体系架构，如附图2所示，上位机与下位机都安装在机床旁边并通过总线相连，上位机(PC)为HMI，负责系统非实时性任务，下位机(NC)为NCU和PLC，负责系统实时性的运动控制和逻辑控制任务。这种数控系统已具备分布式的特点，在一定程度上支持用户的二次研发和自主升级，既具有PC端的开放性，又具有控制端的开放性，而且上下位机结构的通信和控制也比较容易实现和维护。 但是，随着现在对数控系统智能化、多功能化的需求不断增加，对数控系统的硬件提出了更高的要求，特别是现在例如CAD、CAM、CAPP, CAE、PLM、MES和ERP等在数控加工中应用的各领域软件的功能越来越强大，运行时需要的计算机资源越来越多，对数控系统的内核和内存提出了更高的要求，如果以不断升级数控系统软硬件系统为代价来满足其智能化、多功能化的需求，一方面将会造成设计和制造成本、升级和使用成本急剧增加，数控系统的测试、研发和生产难度也会增大，另一方面也会导致数控系统的臃肿、可靠性降低。另夕卜，这种体系结构下的数控系统各功能部件与其他数控系统之间是相互独立的，这种内部完全开放和外部相对封闭的软硬件体系结构越来越难以满足外部设备/软件和功能扩展的需求，而且构成了本地资源孤岛，使得数控系统与外部设备或软件的兼容性差，在一定程度上也限制了数控系统多功能化的实现。 目前这种体现结构的数控系统导致数控系统智能化技术难以适应日益复杂的制造过程，形成了数控系统向智能化、数字化、多功能化发展的主要瓶颈。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于虚拟化技术的数控系统的功能扩展方法，其利用虚拟化技术，在本地数控装置上集成虚拟桌面，并将数控系统的功能扩展与开发任务移交至远程服务器，通过远程服务器与本地数控装置的交互实现本地数控装置无法支持的高端加值功能，以在实现车间数控资源高度共享的同时，使得数控系统可以适应智能化、多功能化的发展方向。 按照本专利技术的一个方面，提供一种基于虚拟化技术的数控系统，其通过远程服务器和本地数控装置配置形成的体系结构，并利用两者的交互完成数控加工控制，其特征在于，该数控系统包括: 设置在本地的数控装置，其用于处理实时性任务，包括速度处理、插补运算、位置控制和在线检测，以及实现人机交互；以及 设置在远程的服务端，其与本地的数控装置网络互连，用于处理非实时性任务，包括G代码编程、译码、加工仿真，同时可实现加值功能，包括Microsoft/PDF查看、IE浏览、Winscp文件传输、数控代码质量分析与检测和数控代码样条拟合与优化中的一种或多种； 其中，所述服务端与数控装置通过安装在所述数控装置上的客户端实现互连，该客户端运行在数控装置系统上，其通过利用虚拟技术在数控装置的人交互设备(HMI)上对服务器进行虚拟操作，实现在本地数控装置上对服务端的操作控制，进而两者完成协调配合实现数控加工控制。 作为本专利技术的改进，所述客户端在人机交互设备(HMI)上对服务端进行虚拟操作的过程即是将服务端对应的操作界面图像传输到HMI上，并将对操作界面的操作以指令的方式发送至服务端，在服务端进行响应后将结果发送至HMI上进行更新显示，实现对服务端的本地化操作。 作为本专利技术的改进，所述图像的传输和显示的具体过程如下:先将所述待传输的图像进行压缩，再基于TCP/IP协议将压缩后的图像数据传送至数控装置，该数控装置接收到图像数据后，首先对其进行解压，然后根据解压后的图像数据刷新HMI界面。 作为本专利技术的改进，所述服务端可以是服务器/PC机，也可以是运行在服务器/PC机上的虚拟机，甚至可以是平板电脑等。 作为本专利技术的改进，所述服务端可与多台本地数控装置进行互联以进行交互、数控处理和/或资源共享。 作为本专利技术的改进，可通过安装在数控装置上的所述客户端对服务端的软件或功能进行扩展、裁剪和/或配置。 作为本专利技术的改进，所述客户端具有自适应屏的功能，其界面分辨率可以根据本地人机交互界面(HMI)的屏幕尺寸大小自动调整。 本专利技术利用了虚拟化技术，构建了一种全新的基于虚拟桌面的数控系统体系架构，将数控系统对本地软硬件资源的需求转换为对服务端的需求，实现在不改变甚至降低数控系统软硬件配置的前提下，在服务端灵活扩展、裁剪、优化和配置数控系统的功能，从而使智能化功能软件的应用不再受本地资源的限制，实现资源的高度共享，同时简化本地数控装置，大幅度降低生产企业的成本，提高数控系统的可靠性。 本专利技术中，为本地数控装置搭建服务端环境，并在数控装置上部署本地瘦客户端，通过该客户端可以登录到服务端。操作人员对服务端的操作可直接在数控装置的人机交互界面(HMI)上进行，服务端在幕后提供应用服务，操作人员感觉不到服务端的存在，仿佛所有的操作都是在本地数控装置下完成的，实现远程操作的本地化。 在本专利技术提供的远程操作本地化的数控系统体系架构中，服务端不仅可以负责CAPP, CAD/CAM、CAE、PLM、MES和ERP等商业软件的安装、配置和运行，而且只要服务端软硬件资源可与支持，可以实现任何功能软件的扩展，如Microsoft/FOF、UG、Vericut、WinSCP等，可以向本地数控装置提供智能化G代码质量分析与优化、G代码的样条拟合与光顺、指令域代码质量分析与检测、Microsoft/PDF查看、IE浏览器等功能。 本专利技术中，可以将数控装置中原有的高存储量、高升级频率、高计算量的非实时性功能(如译码、机床防碰撞仿真等)移至服务端，一方面可以使这些功能软件的升级不再受本地资源限制，另一方面可以在提高其运算速度和精度的同时，简化本地装置，降低生产成本，提高数控系统的可靠性。 本专利技术中，优选可以赋予用户一定的服务端软件部署操作权限，允许用户根据需要自行灵活扩展、裁剪和配置服务端的软件部署，实现整个数控系统的个性化、弹性化、功能多样化配置。 本专利技术中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟化技术的数控系统，其通过远程服务器和本地数控装置配置形成体系结构，并利用两者的交互完成数控加工控制，其特征在于，该数控系统包括：设置在本地的数控装置，其用于处理实时性任务，包括速度处理、插补运算、位置控制和在线检测，以及实现人机交互；以及设置在远程的服务端，其与本地的数控装置网络互连，用于处理非实时性任务，包括G代码编程、译码、加工仿真，同时可实现加值功能，包括Microsoft/PDF查看、IE浏览、Winscp文件传输、数控代码质量分析与检测和数控代码样条拟合与优化中的一种或多种；其中，所述服务端与数控装置通过安装在所述数控装置上的客户端实现互连，该客户端运行在数控装置系统上，其通过利用虚拟技术在数控装置的人机交互设备(HMI)上对服务器进行虚拟操作，实现在本地数控装置上对服务端的操作控制，进而两者完成协调配合实现数控加工控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟化技术的数控系统，其通过远程服务器和本地数控装置配置形成体系结构，并利用两者的交互完成数控加工控制，其特征在于，该数控系统包括: 设置在本地的数控装置，其用于处理实时性任务，包括速度处理、插补运算、位置控制和在线检测，以及实现人机交互；以及 设置在远程的服务端，其与本地的数控装置网络互连，用于处理非实时性任务，包括G代码编程、译码、加工仿真，同时可实现加值功能，包括Microsoft/PDF查看、IE浏览、Winscp文件传输、数控代码质量分析与检测和数控代码样条拟合与优化中的一种或多种； 其中，所述服务端与数控装置通过安装在所述数控装置上的客户端实现互连，该客户端运行在数控装置系统上，其通过利用虚拟技术在数控装置的人机交互设备(HMI)上对服务器进行虚拟操作，实现在本地数控装置上对服务端的操作控制，进而两者完成协调配合实现数控加工控制。2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟化技术的数控系统，其中，所述客户端在人机交互设备(HMI)上对服务端进行虚拟操作的过程即是将服务端对应的操作界面图像传输到HMI上，并将对操作界面的操作以指令的方式发送至服务端，在服务端进行响应后将结果发送至HMI上进行更新显示，实现对服务端的本地化操作。3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟化技术的数控系统，其中，所述图像的传输和显示的具体过程如下:先将所述待传输的图像进行压缩，再基于TCP/IP协议将压缩后的图像数据传送至数控装置，该数控装置接收到图像数据后，首先对其进行解压，然后根据解压后的图像数据刷新HMI界面。4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于虚拟化技术的数控系统，其中，所述服务端可以是服务器/PC机，也可以是运行在服务器/PC机上的虚拟机，甚至可以是平板电脑。5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种基于虚拟化技术的数控系统，其中，所述服务端可与多台本地数控装置进行互联...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建中，冯冰艳，惠恩明，丁国涛，陆永亮，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42