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浅谈缝制数控设备系统互联

发布时间:02-03 13:55点击:

  随着缝制设备向光机电一体化设备地位发展,其自动化程度越来越高,没有管是使用PLC(可编程逻辑主宰器)、主宰器(电脑主宰器)、HMI(人机界面)和伺服缩大度联合设计开辟智能缝制单元,还是综合使用各种缝前设备、缝中设备和缝后设备中止无人操作的自动化制衣厂的构建,都要求缝制数控设备能够互联互控,即关于大系统中的主宰设备、检测设备和执行设备等来说,需要各单元能够“”,系统中的某一个主要单元要能够接受其他设备单元的主宰和通讯信号,用来完成一系列需要相互竞争的举动或者许许时序主宰。这要求系统中的各单元要能够相互联络,理解关于方发出的信号和指令,并能做出精确的表现,并根据需要反响给关于方一个能够理解的信号。

  长远国内外关于互联技艺早有研究,式系统互联参考模型OSI/RM(Open system Interconnection/ReferenceModel)就是近多少十年来的研究。文章正正在简要分析这一模型的基础上,会介绍采用该标准模型的总线规范以及长远国家关于式数控系统标准的制定情况,借此为缝制设备行业的式数控系统互联设计和标准制定需求有意义的参考。

  OSI模型

  随计算机网络的发展,网络互联已是大势所趋。

  国际标准化组织ISO早正正在1977年就成立了专门委员会,正正在分析和综合现有网络的基础上,提出了一个没有基于细致机型、操作系统或者许公司的网络零碎结构,称为系统互联模型。该模型于1979年宣告,1981年正式宣布。

  ,是指非独全体,可互联的和可获取的。所谓系统,是指遵从国际标准的、能够通过互连而相互作用的系统。显然,系统之间的相互作用只涉及系统的外部行踪,而与系统内部的结构和功能相关。因而关于于互连系统的任何标准都然而关于于系统外部特性的。

  OSI模型把网络通信的使命分红7层,它们由低到高区分是道理层、数据链层、网络层、传输层、人时机话层、表示层和运用层。第一层到第三层属于OSI参考模型的低三层,负责缔造网络通信连接的链;第四层到第七层为OSI参考模型的高四层,细致负责端到端的数据通信。每层完成一定的功能,每层都直接为其上层需求服务,并且所有品位都彼此支持,理论通信正正在道理层完成的。

  正正在OSI中理论数据的发送历程是:发送方将数据由上到下传递到道理介质,正正在从上到下逐层传递的历程中,每层都要加上适当的主宰信息,称为报头。到最底层道理层时已经变迁由“0”或者许“1”组成的数据比特流,然后系统将其转换为电信号通过道理通讯介质传输到吸引方的道理层。吸引方从道理层末尾向上逐层剥去发送方照应层加上的主宰信息,最后到达吸引的对于等层。

  为能够使发送方和吸引方的对于等层(如发送方运用层与吸引方运用层、发送方表示层与吸引方表示层、发送方关于话层和吸引方关于话层)之间能够相互关于话,必须使这些对于等层之间共同遵守相同的信息编码协议,这种协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元(PDU, Protocol Data Unit),但需要注意的是传输层及以下各层的PDU于是还有各自定然的名称:传输层称为数据段(Segment),网络层称为分批(数据包)(Packet),数据链层称为数据帧(Frame),道理层称为比特(Bit)。

  1. 道理层

  这是整个OSI参考模型的最底层,该层了系统用于通信的整体正正在工具、电气、功能和规则(单工、半双工、全双工)等各范畴的道理特性,如什么信号代表1、什么信号代表0、信号线如何定义、接口如何定义、使用何种通讯介质、串行还是并行、同步还是异步传输、接插件的规格尺寸、引脚部门和定义等。

  该层传输的数据单位称为比特,它为数据链层需求服务,从上层吸引数据,按照形式的信号和格式将数据发送。它向数据链层需求数据(把比特流恢复为数据链层可以理解的格式),并完成一些管理使命,如电标识、故障状态及服务质量参数等。

  属于道理层定义的典型规范代表包括:EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-449、V.35、RJ-45等,我们稀有的双绞线、同轴步话机、接线设备(如网卡等)、RJ-45网线接口、串口和并口等正正在网络中都属于这个品位。

  道理层要为通讯设备需求数据传输通的实体,一条数据通可以连接一个或者许多个道理,没有管这条数据通连接了多少道理,道理层都要正正在通讯时,两个通讯的数据终端(点到点),一个数据终端与多个数据终端(一点关于多点),都能够通过相互之间的信号交换建立一条通,同时要数据能正正在其上精确通过,还要需求盈余的通讯速率,以减少通道上的堵塞。

  2. 数据链层

  数据链层建立正正在道理层之上,基于道理层需求的比特流传输能力和服务,为上一层需求服务,阻力了道理层的特征,使得通讯双方“感觉”是正正在同一层上通讯。以帧为单位传输数据,各帧按顺序传送,其吸引上一层(网络层)需求的数据流,基于通讯双方共同的协议框架,实现数据链的建立与,流量主宰和差错主宰,并通过吸引端的校验检查和应答于可靠的传输。

  数据链层正正在国际上已经实现的协议有SDLC、HDLC、PPP、STP、帧中继等。稀有的集线器、低档的交换机和Modem设备都是使命正正在这个品位上。

  3. 网络层

  这一层用于解决网络之间的通信问题,它把上一层传送来的数据组织编排要素组数据包正正在网络节点之间传送,这些分批数据包中包含有分批的长度、源站点和手腕站点地方的网络地方,传送历程中需求由,即为了能够将数据包传送到目标地方而选择的线,由于网络层的主要功能是网络线主宰与选择(由)、流量主宰和拥挤主宰的管理,况且该层能够对于准于没有同的网络自动变化分批数据包格式,使得异构型网络也能够互联互通。网络层还可以吸引下一层数据链层传送来的数据,也可以直接将数据链层的数据帧解封,提取分批数据包,包中封装有网络层的包头,内含源站点和手腕站点的网络地方(如IP地方等)。

  稀有计算机网络中的由器到使命正正在这个品位上。网络层协议的代表包括:IP、IPX、OSPF等。

  4. 传输层

  这一层是正正在前三层服务的基础上需求一种通用的无差错的端到端连接服务,用于进一步退步网络层的传输服务质量,该层的数据单元也称数据包,它负责获取全部传送信息,包括数据单元碎片、乱序到达的数据包等。传输层的主要作用是作为数据通讯的一个缓冲服务,当网络层服务质量没有能中意要求时,他加入进来退步;当网络层中意服务并质量较好时,他只占用很少的使命。该层还会根据通讯速率的要求,为端点建立建立多个网络连接(速率要求高时),或者许许用多复用或者许分流的方式优化网络的传输频次(速率要求低时)。

  传输层的功能包括:映像传输地方到网络地方、多复用与分割、传输连接的建立与、分段与重新组装、组块与分块。

  传输层协议的代表包括:TCP、UDP、SPX等。此输层还要存正在差错恢复、流量主宰等功能,以此关于人时机话层阻力了通信子网正正在这些范畴的内幕与差异。

  5. 人时机话层

  人时机话层也称为会晤层或者许许关于话层,人时机话层与传输层畸形联结使用,他使用传输层来需求服务,但没有加入细致的传输,只要要访问验证、人时机话管理、数据流同步和重新同步等服务,如服务器验证用户登录就是由人时机话层完成的。

  人时机话层的功能主要有:网络连接的照射、数据报文的传送、人时机话连接的恢复和、人时机话管理、令牌管理和活动管理。正正在人时机话层及以下档次,数据传送的单位都统称为报文。关于话的管理包括决定谁该发送报文,谁该吸引报文。长的关于话(类似传输一个长材料)需要分段传输,如有一段传输真理就需要回到界限点重新传。人时机话层标准定义了12种功能单元,各个系统可以以核心功能服务单元为基础,选配其他功能单元组成合理的人时机话服务子集。

  人时机话层的主要标准有“DIS8236:人时机话服务定义”和“DIS8237:人时机话协议规范”。

  6. 表示层

  表示层位于运用层之下,它为运用层服务,需求一些数据诠释服务包,主要解决数据信息的语法和语义,使得存正正在没有同数据表示方法的系统之间能够彼此理解,即需求数据格式化的表达标准和数据转换服务。表示层同时还负责关于数据信息的压缩和解压缩,加密和解密等使命。类似图像格式的显示,就是由位于表示层的协议来支持。表示层以下各层只关心如何可靠地传输数据,而表示层使用分歧的数据编码、数据压缩格式、加密技艺等将运用层数据处理成适合网络传输的报文。

  7. 运用层

  这是OSI参考模型的最高层,这一层直接为端用户服务,如事务处理、材料传输、数据检索、网络管理、加密等,直接面临用户的细致运用,为嵌入式操作系统或者许许网络运用次第需求网络服务接口,该服务包含用户运用次第执行通讯任务所需要的协议和功能,如电子邮件和材料传输等,正正在这一层中TCP/IP协议中的FTP、SMTP、POP等协议得到了紧缺运用。运用层管理系统的互连,包括系统的启动、维持和中止,并保持运用进程间建立连接所需的数据记录,其他层都是为支持这一层的功能而存正在的。一个运用是由一些相互合作的运用进程组成的,这些进程可以是任何形式的操作历程,类似,手工的、计算机化的或者许轻轻工业和道理历程等。这些运用进程根据运用层协议彼此通信。

  图1 OSI各层的数据处理清流线示意

  以上介绍的OSI七层结构中,作为发送端,数据流从运用层末尾向下逐层传递,其每一层都吸引来自上一层的数据包,数据包中包含有上一层协议通讯所需要的头和尾以及数据,正正在本层再增加一个协议头和协议尾,连同数据一起封装传递给下一层,最后到达道理层经过再次封装通过道理传输介质发送给吸引端,正正在吸引端,数据流从道理层末尾向上逐层传递,其每一层都吸引来自下一层的数据包,将本层所需要的协议头和尾去除,校验真理情况,如无递给上一层,最后到达吸引端的运用层,运用层将恢复出来的数据发给运用次第。正正在这个历程中,吸引端的每一层都会根据数据包中协议头和尾的信息中止真理检查,正正在本层发现真理可以根据协议正正在本层要求关于应的数据发送方中止数据重发或者许处理(图1说明了这一历程)。

  然而,倘若我们要将OSI模型直接用于轻轻工业设备中的式系统互联时,就会发觉实现崛起特别容易。有人指出OSI模型的一些缺点:品位部门与方式没有是最佳,如人时机话层和表示层这两层多少乎是空的,而数据链层和网络层包含方式太多;模型中有很多的子层插入,每个子层都有没有同的功能;模型以及照应的服务定义和协议极其容易,实现崛起很难;有些功能,如寻址、流量主宰和差错主宰,都会正正在每一层上重复出现,降低了系统的频次。

  有关总线的介绍

  国内正正在20世纪80时期就末尾研究OSI模型,也都提出过式系统互联的成就,但是直到90时期年初,随外国机电设备的升级换代、计算机主宰的机电一体化设备得到越来越广泛的使用和推广,相关领域关于系统互联才真正重视崛起。

  譬如,正正在机电一体化的研究中出现了“现场总线主宰技艺”,它就是要将安装正正在制造现场的各种主宰装置和检测装置通过总线连接到安装正正在主宰室内的自动化管理装置,再通过串行、数字式、多点、高抗扰度的道理介质链接崛起,系统内的设备之间遵循性、互操作性、互换性和可集成性,极大地退步了系统的可靠性和集成度,便于制造企业迅速组件自动化消耗线,组织快速消耗、方便。

  截至长远,国际上已经发展出40多种现场总线,这些总线都适用于各个轻轻工业领域,但是相互之间没有覆盖。按照这些总线传输数据的大小,可以将这些总线分红三类,区分是:基于位传输到传感器总线(sensor bus)、基于字节传输的设备总线(device bus)和基于数据流传输的现场总线。下面介绍多少个运用领域较广的总线。

  基金会现场总线,即Foudation Fieldbus,简称FF,这是正正在历程自动化领域得到广泛支持和存正正在优质发展出路的技艺。它以ISO/OSI系统互连模型为基础,取其道理层、数据链层、运用层为FF通信模型的照应品位,并正正在运用层上增加了用户层。使用该总线规范的自动化供应商有:AB、ABB、Foxbro、横河、ABB、西门子Siemens等,主要运用领域:化工、石油、污水解决等。

  LonWorks总线是由美国Ecelon公司推出并由它们与摩托罗拉Motorola、东芝Hitach公司共同,于1990年正式宣告而形成的。它采用了ISO/OSI模型的全部七层通讯协议,采用了面临关于象的设计方法,通过网络变量把网络通信设计简化为参数装置。正正在称为Neuron的芯片中实现了LonWorks技艺所采用的LonTalk协议,集成芯片中有3个8位CPU:一个用于完成互连模型中第 1~ 2层的功能,称为访问主宰处理器,实现介质访问的主宰与处理;第二个用于完成第3~6层的功能,称为网络处理器,中止网络变量处理的寻址、处理、背景诊断、函数径选择、软件计量时、网络管理,并负责网络通信主宰、收发数据包等;第三个是运用处理器,执行操作系统服务与用户代码。芯片中还存正正在存储信息缓冲区,以实现CPU之间的信息传递,并作为网络缓冲区和运用缓冲区。它被广泛运用正正在楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、休会设备、运输设备、轻轻工业历程主宰等行业。

  Profibus是作为国家标准DIN 19245和欧洲标准prEN 50170的现场总线。由Profibus -DP、Profibus -FMS、Profibus-PA组成了Profibus系列。DP型用于分散型外设间的高速传输,用于设备级主宰系统和分散式I/O设备通讯,适合于加工自动化领域的运用。FMS意为现场信息规范,适用于纺织、楼宇自动化、可编程主宰器、低压开关等畸形自动化,而PA型则是用于历程自动化的总线类型,标准长远还正在于制定历程中,它遵从IEC1158-2标准,可实现总线供电与本质安全防爆。该项技艺是由西门子公司为主的十多少家公司、研究所共同推出的。它采用了OSI模型的道理层、数据链层,由这两整体形成了其标准第一整体的子集,DP型隐去了3~7层,而增加了直接数据连接拟合作为用户接口,FMS型只隐去第3~6层,采用了运用层,作为标准的第二整体。

  CAN是主宰网络Control Area Network的简称,最早由BOSCH公司推出,用于公共公共汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总卡钳范现已被ISO国际标准组织制订为国际标准,得到了 Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持,已广泛运用正正在团聚主宰领域,可运用于除防爆领域之外的任何轻轻工业领域,长远正正在公共公共汽车行业运用至少,其模型结构只需3层,只取OSI底层的道理层、数据链层和顶上层的运用层。其信号传输介质为双绞线,通信速率最高可达 1Mbps/40m,直接传输距离最远可达 1 0km/kbps,可挂接设备至少可达 110个。

  HART总线是Highway Addressable Remote Transducer的缩写。最早由Rosemout公司开辟并得到80多家著名仪表公司的支持,于1993年成立了HART通信基金会。这种被称为可寻址远程传感高速通道的通信协议,其特点是现有模拟信号传输线上实现数字通信,能由总线供电,可中意本安防爆要求,属于模拟系统向数字系统改观历程中轻轻工业历程主宰的过渡性产品,因而正正在当前的过渡时期存正正在较强的市场所作能力,得到了较好的发展。HART通信模型也是由3层组成 :道理层、数据链层和运用层。道理层采用FSK(Frequency Shift Keying)技艺正正在4~20mA模拟信号上迭加一个频率信号,频率信号采用Bell202国际标准;数据传输速率为1200bps,逻辑0的信号频率为2200Hz,逻辑1的信号传输频率为 1200Hz。

  其他现场总线规范还有:WorldFIP(面临轻轻工业主宰的现场总线),P-NET总线,AS-I(Actuator Sensor Intece,直接连接现场传感器和执行器的总线系统),Device Net, CC-Link(Control &Communication Link,主宰与通信链系统), Control Net, Swift Net(主要用于航天领域),InterBUS等。

  故行业相关的标准和使命

  外国正正在数控机床行业领域内首先提出了“式数控系统”的概念,为规范和指点国内式数控系统消耗厂商相互支持与合作,共同退步国产数控系统的市场占有率,树种产业,近年来跟没有上国际上有关开辟式数控系统的有关标准,由挂靠正正在机床研究所的全国轻轻工业工具电气系统标准化技艺委员会(SAC/TC231)组织计划立项,联合国内轻轻工业工具电气行业主干企业开展了《工具电气设备 式数控系统》标准的制定使命。

  全国轻轻工业工具电气系统标准化技艺委员会(SAC/TC231)长远是第四届,现由76名委员和1名顾问组成,下辖四个分技艺委员会:纺织工具电气系统分技艺委员会、机床电气系统分技艺委员会、工具电气安全主宰系统分技艺委员会和缝制工具电气系统分技艺委员会(筹),六个使命组:式数控系统使命组、构建和起重机器电气系统使命组、电磁兼容使命组、半超超导体设备电气系统使命组、塑料工具电气系统使命组和电敏装置使命组,由该委员会组成结构可以看出,该标委会的外行代表来自机电行业的没有同领域,这对于于制定符合各行业要求和发展理论的存正正在代表型的标准很次要。上海鲍麦克斯电子高高科技有限公司是前期首家加入该标准委员会的缝制工具数控系统企业,去年加入了国家标准《轻轻工业工具数字主宰系统 第1整体:通用技艺条件》的制订正。

  长远标委会制定的式数控系统标准是一系列标准,主要由《GB/T 18759.1-2002 工具电气设备 式数控系统 第1整体:总则》、《GB/T 18759.2-2006 工具电气设备 式数控系统 第2 整体:零碎结构》、《GB/T 18759.3-2009 工具电气设备 式数控系统 第3 整体:总线接口与通信协议》、《GB/T 18759.4-工具电气设备式数控系统 第4 整体:硬件院子》、《GB/T 18759.5-工具电气设备式数控系统第5整体 软件院子》、第6整体 网络接口与通讯协议、第7整体 通用技艺条件、第8整体 试验与验收等组成,过程前三整体标准已经宣布,第四整体标准已经报批,第五整体和第六整体标准正正在征求意见阶段,第七、八整体标准正正在草稿拟制阶段。该系列标准的使用范围包括(除第六整体外):非非金属加工工具、纺织工具、印刷工具、缝制工具、塑料和橡胶工具、木工工具等电气设备的式数控系统,可以说覆盖的范围还是比较广的,标准中关于式数控系统的定义为:支使用软件构筑于遵循天上性、可扩展性、兼容性原则的系统院子之上的数控系统,使运用软件存正在可移植性、可操作性和人机界面的一致性。正正在标准的第6整体 网络接口与通讯协议中,对于于式数控系统其网络接口与通讯协议应中意:性、可靠性和安全性的要求,正正在草稿阶段,提出式数控系统网络接口以TCP/IP为基础,由数据网罗层、数据处理层和运用服务层组成,抵信息模型做了定义,虽然标准没有全部覆盖到一切机电行业领域,但是作为工具电气设备互联的一个起步标准,需要整个机电行业的单独努力去没有断圆满。

  综上,随着信息技艺和网络技艺的发展,物联网技艺已经得到了总政法的重视,外国各行业都将很快面临网络接入和信息互通的成就,对于于没有同的厂家设备和网络,只需本人都遵循共同的网络协议和规范,威力互利合作,使用网络的优势实现各种自动化的集成,相信没有久国际上一个大一统的国际互联网络络一定会正正在下一个十年出现,由于缝制设备行业的电控企业需要跟没有上这些标准和规范的进展,适时开展有关范畴的设计研究,为实现中国缝制工具的自动化和智能化做出应全体贡献。

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