2 系统的硬件结构设计与实现

本系统的硬件结构如图2所示。

图2 系统硬件结构图

在此系统中，主要部件功能如下：

1)车间级监控主机是本系统的前端工控机，通过RTL8139网卡与后端核心控制模块相连，向控制模块发送对机床的控制命令或程序代码，以及通过控制模块接收来自机床的状态信息，监控主机将接收到的状态信息实时写入数据库，并且可以将必要的状态信息打包，通过互联网发送到远程，进行远程故障诊断。

2)该系统中最核心的部分是基于S3C2410X的嵌入式控制模块，该模块扩展集成了AX88796A网络芯片，通过该芯片与监控主机通信。此外，控制模块内部集成了UART控制器，利用该控制器与机床相连，接收和发送机床状态信息和控制命令。3)机床部分，则由PLC的I／O口接收和发送机床状态信息及控制命令；另外，机床的刀具部分，由外部传感器获得刀具状态，然后将信号发送到嵌入式处理器，再通过ADC将模拟信号转换成数字信号。

3系统软件设计与实现

该系统采用了裁剪和优化后的嵌入式Linux操作系统，使用嵌入式数据库SQLite来存储机床的状态信息，系统具有自动报警等智能功能，能根据特定的报警信号发送控制命令，以保证系统安全运行。系统主要包括收发信号处理、智能控制、串口通信、网口通信等模块，其中信号处理模块、智能控制模块功能如下：

1)收发信号处理模块完成系统主要的功能，包括从前端工控机接收控制命令和程序代码，经过处理后直接发向机床，接收来自机床PLC的状态信息和经机床外置传感器传来的信息，经过处理发送给前端工控机，同时将状态信息实时写入嵌入式数据库SQLite；

2)智能控制模块主要对接受的机床状态信息进行处理，判断是普通状态信息还是报警信息，如果是报警信息则根据不同的报警状态自动发送控制命令到机床，以达到保护机床的目的，此外由于模块内存储器容量有限，使得嵌入式数据库的数据量也有限，本模块还负责对数据库内的数据进行定期清理，删除已经在前端监控主机备份的数据：本模块主要代码如下：

图3 主程序流程示意图

4结论

监控系统开发完成后，与经裁剪的嵌入式Linux操作系统一块烧写到S3C2410开发板中，配置好软硬件环境进行实验，经测试，本系统能完成所设计的各项功能，包括接收机床的状态信息；接收监控主机发送的控制命令并发向机床：实时备份和清理嵌入式数据库；模拟机床报警状态智能发送控制命令到机床等。

本系统是基于嵌入式的数控机床远程监控系统，相比传统工控机有很多优点：

1)在监控范围和兼容性方面，由于本系统采用模块化设计，将核心模块与机床相互独立，即插即用，扩展性强，适合大范围的监控需求：而传统工控机控制模块与机床紧密相关，兼容性不强，扩充不易，系统适用范围较小。

2)在监控和维护方面，本系统可进行远离现场环境的远程监控，甚至能利用前端工控机将机床状态信息发送到互联网，实现网络监控和维护；而传统工控机一般不可能远程维护，甚至大部分都是现场监控和维护，车间环境对工作人员健康影响较大且维护费用较高。

3)在系统成本上，本系统使用的是普通PC机作为前端监控机，价格低，整体系统方案简单，方便审查，建设成本，维护成本和扩展成本低：传统工控机使用的是专门的工作站，建设成本，维护成本和扩展成本很高。另一方面相比传统工控机来说，本系统的硬件升级简单，软件更新方便，界面友好。