论文部分内容阅读
【摘 要】为了使机械加工的自动化和智能化，本文中设计了一种基于Zigbee协议的星形网络结构的无线控制设计方案。可实现单个主机对多台数控机床的远程控制，这种方法改变了传统的工控机与机床“一对一”的控制方式，是机械加工更加便利。
【关键词】Zigbee协议 无线 星形 数控机床
一、设计来源及简介
数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。数控机床使加工复杂、精密、小批量、多品种的零件变得更加便利，具有柔性好、高效能的有点，在现代化机床控制技术方向上，使机电一体化的代表。传统的数控机床在具有高效、自动化等优势的同时，也存在诸多不足，本文提出了一种新型数控机床系统：首先，中心控制装置不再与数控机床连为一体，而是通过zigbee网络无线传输信息，可实现远程控制；其次，一个控制装置可以同时控制多个数控机床，节省资源，又实现了集中管理；此外，借助zigbee网络，整个系统可以实现双向通信，既可实现对机床的控制，又可在控制端，根据反馈信息监视和管理数控机床的工作状态。上述三个特点很好地规避了传统机床存在的上述问题。
二、研究内容和技术要点
本设计的使用的主要技术：
（一）Zigbee通信协议
Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的一种短距离、低功耗的无线通信技术。ZigBee网络主有低功耗、低成本、传输速率与距离适中，时延短等特点。在自动控制和远程控制领域得到广泛应用，并且还可以嵌入各种设备。中国物联网校企联盟认为：Zigbee作为一种短距离无线通信技术，由于其网络可以便捷的为用户提供无线数据传输功能，因此在物联网领域具有非常强的可应用性。
（二）Zigbee网络节点
构建Zigbee网络的所用的节点采用CC2530芯片，在2.4GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE应用中，它是一个真正的片上系统（SoC）解决方案，可以很低的材料成本建立强大的网络节点，内核采用业界标准的增强型8051CPU，系 统内可编程闪存等。
三、设计方案
设计方案各模块连接图如下：
设计方案各模块连接图
在这个系统中，控制装置一边的CC2530扮演协调器的角色，承担建立起Zigbee网络的任务；多个数控机床端的多个CC2530扮演汇聚节点的角色，寻找并加入协调器建立的Zigbee网络；如果整个系统所占空间较大，还可以加入一些CC2530节点，作为路由器，扩大Zigbee网络的通信距离。
在控制过程中，命令传递流程为，操作人员向控制装置，即普通计算机发出命令，命令通过系统专用软件，或串口助手写入USB接口，傳递给CC2530芯片，该CC2530芯片接收并解析命令，确定对应于该条命令的受控机床，确定相连的CC2530地址，调用z-stack协议栈的发送函数，将信息以无线的方式发送给目的CC2530，接收端的CC2530接收到信息后，仍然进行一些必要的处理，然后以数字电信号的方式发送给数控机床的PLC，PLC据此执行相关数控机床控制程序，完成生产加工任务。
CC2530中的程序可为构建的zigbee网络的可靠性提供保障，如在发送端为每条发送的信息加序号，每发送一条信息，该序号自动加一，这样在接收端就可以根据该序号判断是否有信息丢失。若接收端成功正确接收到信息，将向发送节点发送确认消息，否则发送节点将该消息重发。
四、结语
综上所述，该系统实现了操作人员与机床的分离，在一定程度上保障了操作人员的人身安全；通过应用Zigbee协议，使数控系统的控制端和工作端可隔离开来，控制端脱离了恶劣的生产环境，降低了对中心控制仪器的要求；由于Zigbee网络的加入，实现了“一对多”的控制方式，即一台中心控制计算机可完成对多个数控机床的控制，便于统一管理，便于统筹协调；系统提供双向的通信链路，一方面可以对机床进行控制，另一方面也可在控制端随时监视和查看机床的工作状态。总之，该系统为数控机床加工领域提供了一个另机械加工过程更安全、更便利、更智能、更轻松的解决方案。
参考文献：
[1]沈苏彬，毛燕琴，范曲立，等. 物联网概念模型与体系结构[J]. 南京邮电大学学报，自然科学版.2010.30（004）： 1-8.
[2]张周，周剑扬，闫沫. Zigbee 在智能家居系统中的应用研究 [J]. 工业控制计算机， 2006.19（12）： 7-9.
[3] Dissanayake，S. D.，et al. Zigbee wireless vehicular identification and authentication system[J]. Information and Automation for Sustainability. 2008，ICIAFS 2008，4th International Conference on， IEEE. 2008.
[4] 陈学军. 数控车床自动回转刀架 PLC 控制系统设计[J]. 机床电器. 2008. 3： 38-39.
基金项目：
黑龙江职业学院院级课题《基于物联网技术的数控机床遥控装置设计》；黑龙江省教育厅高职高专院校科学技术研究项目（12525119）资助；
作者简介：
鄂蕊，硕士、讲师。
【关键词】Zigbee协议 无线 星形 数控机床
一、设计来源及简介
数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。数控机床使加工复杂、精密、小批量、多品种的零件变得更加便利，具有柔性好、高效能的有点，在现代化机床控制技术方向上，使机电一体化的代表。传统的数控机床在具有高效、自动化等优势的同时，也存在诸多不足，本文提出了一种新型数控机床系统：首先，中心控制装置不再与数控机床连为一体，而是通过zigbee网络无线传输信息，可实现远程控制；其次，一个控制装置可以同时控制多个数控机床，节省资源，又实现了集中管理；此外，借助zigbee网络，整个系统可以实现双向通信，既可实现对机床的控制，又可在控制端，根据反馈信息监视和管理数控机床的工作状态。上述三个特点很好地规避了传统机床存在的上述问题。
二、研究内容和技术要点
本设计的使用的主要技术：
（一）Zigbee通信协议
Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的一种短距离、低功耗的无线通信技术。ZigBee网络主有低功耗、低成本、传输速率与距离适中，时延短等特点。在自动控制和远程控制领域得到广泛应用，并且还可以嵌入各种设备。中国物联网校企联盟认为：Zigbee作为一种短距离无线通信技术，由于其网络可以便捷的为用户提供无线数据传输功能，因此在物联网领域具有非常强的可应用性。
（二）Zigbee网络节点
构建Zigbee网络的所用的节点采用CC2530芯片，在2.4GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE应用中，它是一个真正的片上系统（SoC）解决方案，可以很低的材料成本建立强大的网络节点，内核采用业界标准的增强型8051CPU，系 统内可编程闪存等。
三、设计方案
设计方案各模块连接图如下：
设计方案各模块连接图
在这个系统中，控制装置一边的CC2530扮演协调器的角色，承担建立起Zigbee网络的任务；多个数控机床端的多个CC2530扮演汇聚节点的角色，寻找并加入协调器建立的Zigbee网络；如果整个系统所占空间较大，还可以加入一些CC2530节点，作为路由器，扩大Zigbee网络的通信距离。
在控制过程中，命令传递流程为，操作人员向控制装置，即普通计算机发出命令，命令通过系统专用软件，或串口助手写入USB接口，傳递给CC2530芯片，该CC2530芯片接收并解析命令，确定对应于该条命令的受控机床，确定相连的CC2530地址，调用z-stack协议栈的发送函数，将信息以无线的方式发送给目的CC2530，接收端的CC2530接收到信息后，仍然进行一些必要的处理，然后以数字电信号的方式发送给数控机床的PLC，PLC据此执行相关数控机床控制程序，完成生产加工任务。
CC2530中的程序可为构建的zigbee网络的可靠性提供保障，如在发送端为每条发送的信息加序号，每发送一条信息，该序号自动加一，这样在接收端就可以根据该序号判断是否有信息丢失。若接收端成功正确接收到信息，将向发送节点发送确认消息，否则发送节点将该消息重发。
四、结语
综上所述，该系统实现了操作人员与机床的分离，在一定程度上保障了操作人员的人身安全；通过应用Zigbee协议，使数控系统的控制端和工作端可隔离开来，控制端脱离了恶劣的生产环境，降低了对中心控制仪器的要求；由于Zigbee网络的加入，实现了“一对多”的控制方式，即一台中心控制计算机可完成对多个数控机床的控制，便于统一管理，便于统筹协调；系统提供双向的通信链路，一方面可以对机床进行控制，另一方面也可在控制端随时监视和查看机床的工作状态。总之，该系统为数控机床加工领域提供了一个另机械加工过程更安全、更便利、更智能、更轻松的解决方案。
参考文献：
[1]沈苏彬，毛燕琴，范曲立，等. 物联网概念模型与体系结构[J]. 南京邮电大学学报，自然科学版.2010.30（004）： 1-8.
[2]张周，周剑扬，闫沫. Zigbee 在智能家居系统中的应用研究 [J]. 工业控制计算机， 2006.19（12）： 7-9.
[3] Dissanayake，S. D.，et al. Zigbee wireless vehicular identification and authentication system[J]. Information and Automation for Sustainability. 2008，ICIAFS 2008，4th International Conference on， IEEE. 2008.
[4] 陈学军. 数控车床自动回转刀架 PLC 控制系统设计[J]. 机床电器. 2008. 3： 38-39.
基金项目：
黑龙江职业学院院级课题《基于物联网技术的数控机床遥控装置设计》；黑龙江省教育厅高职高专院校科学技术研究项目（12525119）资助；
作者简介：
鄂蕊，硕士、讲师。