應用平臺由API構成。該層除含有離散點I/O設備API、采集設備API、位置控制API、總線接口API等接口外，還包含用戶根據系統(tǒng)軟件平臺提供的API自定義功能組件以及總線協(xié)議轉換API。

　　應用程序由若干依據數控系統(tǒng)功能劃分出的軟件模塊構成。軟件模塊的開發(fā)采用組件技術。每個組件可單獨開發(fā)，單獨編譯，甚至單獨調試和測試。當所有組件開發(fā)完畢后，用戶可以在開發(fā)環(huán)境下把組件無縫集成形成數控系統(tǒng)。當用戶需求發(fā)生變化或系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境改變時，只需對受影響的組件進行修改、重組就能得到新的數控系統(tǒng)。

　　圖4為應用程序層中運動控制單元配置過程。

3 基于設備故障診斷網的上層網絡

　　3.1 上層網絡的結構設計

　　如圖5所示，系統(tǒng)采用分層結構，即現場監(jiān)控層(Infranet)、局域網監(jiān)控診斷層( Intranet)和遠程監(jiān)控診斷(Internet)的3級C/S結構。

　　各層具體分工為:

　　(1)現場監(jiān)控層:了解和掌握機床的運行狀態(tài)，按照用戶設定的監(jiān)控策略有選擇地對機床的主軸驅動功率、扭矩、電壓、電流和主要工作部位的動態(tài)信號進行多參數在線監(jiān)測和分析。結合歷史數據對設備運行狀態(tài)進行評估，并進行顯示和記錄。當機床有輕微異常時發(fā)出報警提示，以便運行人員及時進行處理;當處于嚴重異常狀態(tài)或異常狀態(tài)達到一定時間而操作人員仍然未加以處理時，自動實行保護措施。對于復雜的以及需要作進一步處理的監(jiān)測狀況，則把信息和數據傳送給上層網絡，由上層功能強大的計算機進行處理。安裝在本地控制器上的監(jiān)控工作站實現現場監(jiān)控層和上層網絡的連接。監(jiān)控工作站實際上是一套安裝在本地數控系統(tǒng)上的客戶端數據傳輸軟件。該軟件可按照用戶要求采集機床指定位置上的傳感器信號，按照設定好的閡值參數，將待診斷數據和其之前、之后的2N個數據送入上層的監(jiān)控診斷網和遠程監(jiān)控網。

　　(2)監(jiān)控診斷管理層:負責整個系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。層中的每一個節(jié)點即為在線監(jiān)測與故障診斷網絡系統(tǒng)的一個客戶。這些客戶單元直接被廠長、總工程師等人員以及總調度室等部門使用。監(jiān)控管理層可以與數據庫、現場監(jiān)控層進行雙向聯系?？筛鶕蛻粜枨筮M行相應組態(tài)設置。數據庫服務器設在本層，它的任務是根據具體情況建立實時數據庫，分配存儲空間，保存采集到的數據。根據用戶的設置，有選擇地把實時數據庫中的數據存入歷史數據庫中，以供進一步的分析與診斷。數據庫層還可對數據庫進行定期處理與維護，如刪除無用信息，定期備份等。還可生成時報、班報、日報、周報、月報、年報等運行報表。

　　(3)遠程診斷層:通過Internet與監(jiān)控診斷層連接。遠程專家通過輸入賬號與密碼登錄數據庫服務器，讀取各種數據，運行客戶端診斷軟件進行故障的分析與診斷。最后將診斷結果返回客戶端。

3.2 軟件實現

　　3.2.1 服務器端軟件實現

　　數據庫服務器運行的控制軟件是上層網的控制中心，它提供監(jiān)測、管理在線用戶的功能。軟件采用Socket技術，偵聽各個客戶端的連接消息，向通過身份驗證的客戶發(fā)送驗證消息使其連上服務器，運行相應的客戶端軟件。需要特別指出的是，如果服務器控制軟件沒有運行，分布在客戶端的診斷軟件將不能運行。

　　3.2.2 客戶端軟件實現

　　分布在監(jiān)控診斷管理層中的各級節(jié)點單元以及遠程的專家利用客戶端服務軟件，通過輸入相應權限的用戶名和密碼登錄系統(tǒng)后，即可連上位于監(jiān)控診斷層的數據庫服務器獲得相應的數據文件，運行信號分析診斷軟件進行分析。數據庫服務器提供:時域(自相關、互相關等)、幅值域(參數計算、直方圖等)、頻域(相干、包絡譜、細化譜、傳函等)、時頻分析(STFT、小波分析、小波包分析等)、聲學分析、模態(tài)分析、線性回歸預測、BP神經網絡預測、灰色預測等在線分析與故障診斷方法。

　　3.2.3 服務器數據庫實現

　　服務器數據庫包含監(jiān)測數據庫、原始數據庫、報表庫、故障庫等，其中監(jiān)測數據庫中包括廠級數據庫、車間級數據庫、設備級數據庫、零件數據庫，這些數據庫包含了監(jiān)測設備所有的信息，為監(jiān)測層中不同級別的客戶提供數據支持。

　　如圖6所示，數據庫采用SQL2000，應用程序用VC+十編寫，直接調用ODBC API函數，實現對數據庫的訪問。同時采用了安全性高、交互性強的3層CJS結構的數據管理模式。系統(tǒng)不僅增加了防火墻，還對數據庫進行了加密設置，外部程序訪問數據庫時需先通過密碼校驗。此外系統(tǒng)還增加了專門的管理機構，負責制定、審查、確定安全措施，設置用戶級別，設置用戶密碼保存密鑰、審閱審計記錄等。

4 結束語

　　本文監(jiān)控數據系統(tǒng)，基于PC的控制器，既充分地利用了微軟操作系統(tǒng)的強大功能又通過引入RTX系統(tǒng)改善了桌面操作系統(tǒng)實時性不強的不足。組件技術的應用，使各種開發(fā)工具開發(fā)的組件和應用程序以及組件與組件之間可以進行互操作，能方便地建立可伸縮的應用系統(tǒng)。現場總線的應用實現了數控系統(tǒng)底層單元的靈活配置。另外，本文將故障監(jiān)測和診斷技術與數控相結合，構建了層次化的可監(jiān)控體系，開發(fā)了原型機，在數控系統(tǒng)網絡化研究方面進行了一定的探索。