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基于SCADA系统的广义DNC应用研究
利用SCADA技术搭建了数控系统可靠性测试系统，通过对广义DNC技术在SCADA系统的应用，实现了基于EtherCAT的数据采集以及基于OPC的数据存取客户端开发和基于力控的监控功能开发。该测试系统已正常运行于实际现场，实现了不同软、硬件设备的集成。
利用SCADA技术搭建了数控系统可靠性测试系统，通过对广义DNC技术在SCADA系统的应用，实现了基于EtherCAT的数据采集以及基于OPC的数据存取客户端开发和基于力控的监控功能开发。该测试系统已正常运行于实际现场，实现了不同软、硬件设备的集成。
0前言
DNC (Distributed Numerical Control)是利用一台计算机或者网络中的多台计算机对数控设备直接进行控制和管理，实现数控程序的传输控制、加工数据采集以及设备状监测等功能。DNC传输接口的通信功能主要有3种：下传NC程序，上传NC程序，系统状态采集和远程控制。只具备第一种功能称为基本DNC，具备前两种功能称为狭义DNC ， 3种功能均有的称为广义DNC。
本文作者以数控系统可靠性测试系统为对象分析基于SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition，监控与数据采集)系统的广义DNC应用。
1 SCADA系统简介
为了建立具有冗余功能的数控系统可靠性测试系统，以SCADA系统架构为方向，从测试现场数据采集及其在通信网络中的传输和被测信号的监控管理两个方面研究，总结分布式测试现场中被测对象信号采集传输和监控方法，获取反映数控系统可靠性的运行现场数据。典型的SCADA系统的结构如图1所示，它主要包括3个部分：下位机系统中数据采集设备对现场设备的状态信号进行转换；上位机监控中心对现场测控数据的监控管理以及现场数据以不同形式在上下位机网络中的通信等。逻辑层次上以被测数据信号流为主线，基于对现场数据的采集、传输、监控和转储需求展开对数据通信和监控技术的研究，主要研究测试系统的总体方案构建及负载模拟实施，基于Eth-erCAT数据采集的通信，基于OPC的数据存取客户端开发和基于力控的监控功能开发。
测试系统其实就是一个广义的DNC系统，底层设备数据通过EtherCAT以太网现场总线技术进行采集，完成了实际物理量的过程转换；在与上位机进行通信时基于中间件技术采用了工业标准OPC接口实现控制设备和实时数据库的互操作；在实时数据库与管理层数据库服务器进行连接时则采用了Oracle数据库实现互操作；这些中间接口的开发大大方便了不同网络层次不同设备之间的数据共享。
图1 SCADA系统的结构
2 EtherCAT数据采集与通信
EtherCAT是实时工业以太网技术，它是一种直达I/ 0级的，具有高实时性、可靠性和拓扑结构灵活的高速工业以太网现场总线。EtherCAT具有高达100Mbps的带宽，数据通信采用标准以太网数据帧，可以方便地实现与以太网的互联，有很好的兼容性，尤其适用于高速的分布式数据采集。
数控可靠性测试系统中数据采集系统实际中底层布置10组30台被测对象，采用EtherCAT采集模块和双绞线传输介质将10组样本顺次直连，形成两路冗余数据流向上传输至监控层的工控机进行实时显示和存储，具体原理如图2所示。
可知底层被测信号中，反映样本运行状态的信号通过PLC输出控制继电器形成一一对应的无源触点，然后采用平行接线的方式与EL1008端子模块连接进行采集；环境信号采用温湿度传感器、电压、电流传感器与EL3068端子模块连接进行采集；每组样本集成的EtherCAT端子模块采用双绞线以线型拓扑结构与监控层工控机中的EtherCAT以太网卡连接进行采集数据的上下传输；EL2008端子模块用于监控层的系统报警组态和过程变量条件报警组态的信号控制输出。
图2 数据采集系统(控制层+监控层)原理图
监控层利用主站软件TwinCAT ( Total windowsControl and Automation Technology)对从站(即数字量、模拟量端子模块)进行硬件组态与I/ 0映射，采用OPC技术进行实时数据交互；对过程变量的监控功能基于力控6. 1开发人机界面；对于实时数据库中的被测信号利用ODBC接口与管理层中的Oracle关系数据库进行交互。
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