计算机网络技术在机械设计制造及其自动化中的应用
湖南农业大学课程论文
学 院：东方科技学院 班 级：08级国贸2班
姓 名：廖虹 学 号：200841916225
课程论文题目：计算机网络技术在机械设计制造及其自动化中的应用
课程名称：网络技术
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成绩评定教师签名：
日期： 年 月 日
计算机网络技术在机械设计制造及其自动化中的应用
学 生：廖虹
(东方科技学院08级国贸2班，学号200841916225)
摘 要：科学技术的每一次重大进步都给机械量测试方法及仪器带来革命性的变革。计算机网络技术在机械设计的安全方面有着密不可分的关系，应用到各种硬件与软件，这里主要写到计算机网络技术在机械量测试方法及仪器上的应用与机械安全中安全装置、网络及其对应的机械部件的结合。
关键词：计算机网络技术 机械 安全 总线
引言
20世纪50～80年代，机械量测试理论与电子技术相结合，产生及发展了机械量电测技术。当时主要采用模拟电路技术和功能单一、固定的独立仪器实现机械量的测量。80年代后期到90年代，计算机技术进入测量领域，形成了用于机械量测试的虚拟仪器系统。虚拟仪器技术可使一台普通计算机成为一台功能完备的机械量测量仪，在基本硬件支持下，通过修改软件即可快速实现仪器功能的扩展与转换；为完成较复杂的测试任务，还可以计算机为核心组建完整的测量系统。当前，随着网络技术的迅速普及，新一代的机械量测量、分析与传输技术方案呼之欲出。基于计算机网络的机械量测试技术可使测量信息在更广泛的范围内得以共享，对于实现机械生产过程的远程控制、机械产品质量的远程监测、机械设备故障的远程诊断等具有重要意义。网络化的机械量测试技术将成为现代机械加工技术发展的必然选择。在过去的五年里，随着北美对安全系统中可编程控制器的使用规则的改变，机械制造商开始从硬接线安全转向了一定级别的数字安全系统。这种转变也是由于机械制造商的客户认识到新系统带来的好处，并开始要求他们适应新的规则。
一、基于计算机网络的机械量电测技术
网络化测量的基础———虚拟仪器
虚拟仪器是当前测控领域的技术热点，它代表了仪器技术的未来发展方向。工业发达国家已将虚拟仪器广泛应用于航天、通讯、生物医学、地球物理、电子、机械等各个领域，并对此进行了大量科学研究和工程应用工作。国内对虚拟仪器的研究与工程应用也十分重视，近年来取得了许多成果，并逐步将其应用于机械参数测试、机械故障诊断、机械生产过程控制等领域。
图1 虚拟仪器的演进
图2 网络化机械量测试系统基本结构模型
虚拟仪器的网络化演进
以太网、超文本链接、无线通讯、国际互联网等网络技术正在改变自动化测试的原理与方法。为了与高速发展的计算机网络技术接轨，目前虚拟仪器正不断向网络化演进，其技术发展趋势如图1所示。不断演进的虚拟仪器构成了现代仪器系统的测试节点。新一代机械量测试系统正逐步形成如图3所示的层次化网络结构。系统中，分布式数据采集能更有效地排除噪声干扰；VXI、PXI设备提供了实时数据分析能力；利用工程数据库可方便地对机械量测量的全部历史数据进行统计分析；测试系统服务器可对整个系统进行有效管理；企业各个技术管理部门可共享测试技术数据，并可通过互联网向世界各地发布相关技术信息。
基于计算机网络的机械量测量技术方案新一代的机械量测试技术方案可充分利用企业现有的局域网基础设施，使测试网融入计算机网络。测试节点的其它硬件可根据具体的测量目的、测量要求和现有技术资源选取图2中的部分或全部设备。作为虚拟仪器的核心，软件是实现网络化机械量测量的技术关键。基于计算机网络的机械量测试系统的软件开发环境除要求开发效率高、程序易于修改、维护外，还应具备良好的网络接口功能。美国NI公司的LabVIEW在这方面体现了极大优势。NI产品具有很高的集成性，它的PXI设备、VXI设备和分布式数据采集模块都具有以太网联接功能，同时支持LabVIEW编程。此外，NI产品可满足不同层次用户和不同测试场合的要求，既可以进行复杂的TCP/IP编程，又可提供简单的数据插口(Datasocket)技术；它的企业互联外挂工具包可得到更高层次的安全控制，还能在LabVIEW中通过执行SQL语句对远程数据库进行操作。虽然LabVIEW的数据插口技术基于TCP/IP协议，但不需要用户进行复杂的TCP/IP底层编程，采用它传输数据就像在电源插口中插上插头即可用电一样方便。使用数据插口技术可在程序框图中调用DataSocket函数，也可以在前面板对象上弹出菜单进行数据链接。调用数据插口功能后，LabVIEW自动打开一个独立运行的DSServer程序，它不断打包传递或接收数据，但不会占用测控应用程序所在计算机CPU的时间。使用数据插口的URL填写格式示例为：dstp://localhost/data.txt或dstp://166.111.62.163/data。“dstp” 表示数据插口传输协议，中间段为宿主机IP地址或标识，最后一段是数据在宿主机上的位置。
DS Server Manager可设置DS Server可链接的客户程序数目和可创建的数据项数目，并设置用户和用户组以及用户访问和管理数据项的权限，提高了网络通讯的安全性。使用数据插口技术也可将网络计算机设置为客户机和服务器模式，客户机向服务器发出采集数据的要求，然后接收采集的数据，这也是工业现场测试与控制的一种基本形式，例如工厂各个技术管理部门需要对现场某些生产环节进行抽检，则可对现场测试节点发出采样请求，将测试节点计算机设置为服务器，轮流执行各客户要求的操作项目。
二、机械安全中安全装置、网络及其对应的机械部件的结合
使用可靠的硬接线组件来实现机械安全虽然很昂贵，但是却简单有效。具备安全控制器、安全网络和安全I/O的机械安全在设计阶段较为复杂，并且在组件成本上也偏于昂贵。然而，这样建成的系统总成本更低，操作更简单，灵活性更强，并且集成了可编程控制器、数字网络和智能I/O的所有优点。具有难度的是如何实现安全组件和标准自动化组件的结合的最优化，并以合理的成本提供这些好处。
（一）分立的安全
设计一个物理上与自动化系统相分立的安全系统是昂贵的。典型的分立系统拥有自动控制器、自动化网络、自动化I/O、安全控制器、安全网络和安全I/O。某些类型的HMI通常与自动控制器和安全控制器相连接，所以它们至少综合了一定的自动化系统和安全系统的特性。在欧洲，这就是数字安全系统如何被引入进他们的最初的部署阶段的典型，并且仍然有许多人在考虑将它作为最值得的设计方案。
这种系统性能完善，不但设计起来相当简单，并且可以比硬接线安全系统提供更多的好处，但是这种系统要维护起来也是很昂贵的，因为它拥有两个控制器、两套I/O和两个数字网络。
位于美国麻省Gloucester市的巴顿菲尔工程有限公司生产出了用于薄膜/薄片挤压的塑料处理设备。“为了防止因为一个危险的咬入点或转动动作而导致错误的使用操作，我们在生产线上使用了大量的电子元件，”巴顿菲尔工程有限公司的软件/控制工程经理Paul Brancaleone说，“索线、光眼、光幕和按钮使用在了最合适的地方。这些通常连接到皮尔茨自动化安全公司生产的安全继电器上。我们使用了针对转动关闭或机械运动的图像和声音报警方法。我们的控制系统监测每台机器的关键参数如电动机负载、压力和温度。对于一些像挤压机的压力之类的参数，我们会提醒操作员在它们达到临界点之前停止任何的加速。”
（二）分布式安全
当安全功能变得更为广泛时，独立的拥有安全I/O的分布式安全控制器是个最佳的选择。位于美国伊里诺斯州Bolingbrook市的Goss International公司制造出了卷筒纸胶印印刷机和印后加工机。“供应商已经引入了新的产品，如ProfiSafe和failsafe CPU，这些CPU将传统的控制PLC、I/O组件、网络和曾经分离安全控制组件及网络的设备结合起来了，”Goss公司研发部电子工程经理Chris Cote说，“现在，通过一个装有传统安全I/O的网络来实现一个控制器上的过程处理和安全控制是可能的。”
贝加莱自动化公司(B&R)和其他供应商提供的Cote系统使用了安全控制器、安全网络、安全及非安全I/O的混合设备和安全及非安全电机控制器的混合装置。这使机械制造商只在需要时为安全买单。 贝加莱公司声称其Ethernet Powerlink安全技术方案的安全机制是开放的，并且可以通过数据传输的方式获得或执行。因此，与安全控制相关的数据可以通过标准的现场总线传输。在这个方案中，安全控制功能可以完全集成到控制系统中去，而不需要另外接线，所有与安全控制相关的数据传输标准完全符合工业自动化的行业标准，同时还达到了IEC61508 SIL Cat3国际电工组织的最高安全技术标准。
Beckhoff自动化公司提供了另一个分布式安全系统。此系统使用了非安全控制器、非安全网络、非安全I/O和分布式的安全控制器及安全I/O。这些作为TwinSafe总线端子而著称的分布式安全控制器可以使机械制造商在小型分布式I/O的增量中实现安全。
最终得到一个价格低廉的控制系统。“对于小型配置，故障安全PLC的任务能够在总线端子系统中完成，这比传统安全PLC更新型更高效，”Beckhoff公司的应用经理Rob Rawlyk说，“标准的和安全的总线端子都能够通过我们的TwinCat项目软件来配置。”
五、结束语
计算机网络技术在机械设计制造及其自动化上有非常大的用途，尤其在设计与自动化的管理上有着极其重要的地位。随着计算机网络技术的不断发展，在这方面的应用也将更加广泛，掌握好计算机网络技术也将要成为一中必备技能。
参考文献
[1] http://www.gongkong.com [OL]
[2] http://www.chinaengine.cn/xnsj/xdzz/gyzb/2009-02-12/20090212220843_109660.html
[OL]
[3] 赵厚银,邵龙义,时宗波,徐春光. 室内空气污染物的种类及控制措施[J]. 重庆环境科学, 2003, (07) .
计算机网络技术在机械设计制造及其自动化中的应用
