[发明专利]一种数控切纸机远程监控与故障诊断系统及其实现方法

权利要求书

1.一种数控切纸机远程监控与故障诊断系统，包括切纸机数控系统的被控端(1)，串口服务器的中转站(2)，远程监控与故障诊断中心服务器的远程主控端(3)三部分，被控端(1)由工控机PC/104控制，被控端(1)与中转站(2)通过RS-485串口通信，中转站(2)和远程主控端(3)通过Internet网络通信，其特征在于，中转站(2)包括两个时钟定时器处理模块，远程主控端(3)包括两个时钟定时器处理模块，远程主控端(3)和中转站(2)构成一个客户端/服务器模式，此模式中远程主控端(3)是服务器端，中转站(2)是客户端。

2.一种数控切纸机远程监控与故障诊断系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，工控机PC/104对数控切纸机进行监控，具体又包括以下步骤：

首先，启动切纸机数控系统被控端(1)的主程序，主程序作循环不间断运行，构成一个主循环，并检测中断标志是否为0，若中断标志为0，则继续检查通信错误标志是否为0，若通信错误标志为0，则清空通信错误标志，此时若有停机操作命令则关闭工控机PC/104，若没有停机操作则返回到主循环中，若通信错误标志为0，则继续判断有无停机操作命令，没有则返回到主循环中，有则关闭工控机PC/104，若中断标志不为0，则继续判断该中断的中断类型；

其次，当中断类型不是串口通信的中断，则此中断为数控系统自身中断，分析并响应该中断的操作；

最后，当RS-485串口中断时，若为读操作中断，此时若有写操作则首先终止当前写操作，然后接收远程主控端(3)的控制指令帧，若没有写操作则直接接收远程主控端(3)的控制指令帧；在接收到远程主控端(3)控制指令帧后，接着对数据进行帧头、帧尾，及数据帧总字节分别校验，校验出现数据帧错误且数据中没有十六进制帧尾结束标志OXFF，则直接丢弃该数据帧，并清空写操作缓冲区；若校验错误但是有数据中有OXFF标志，则将当前机器运行的状态信息发送给串口服务器；若校验正确，则解析指令将帧中数据部分从ASCII码逆转化为相应的数据类型、执行操作，操作完成后清空写操作缓冲区，并将执行的结果数据映射成ASCII码后封装成帧的格式发送，若为写操作中断，则利用写中断服务例程以每次一个字节形式发送，直到一帧数据发送完毕；

第二步，中转站(2)的串口服务器实现远程主控端(3)与被控端(1)的通信，具体包括如下步骤：

首先，中转站(2)与工控机PC/104串口通信时，由第一时钟定时器(4)来保证通信节拍的完整，通信由第一时钟定时器(4)启动，并且在中转站(2)与工控机PC/104串口通信中断时主动向工控机PC/104发送控制指令来重新建立一个新的通信节拍，保证了串口通信的实时性及完整性，这样可以及时全面地将切纸机的运行状态传送给远程主控端(3)，达到有效地监控并为故障分析提供充足信息依据；

其次，中转站(2)有远程指令队列和本地指令队列两个指令队列，所有的指令都存储在指令队列中，中转站(2)向工控机PC/104发送控制指令时，先要判断此时远程指令队列中是否有远程主控端(3)的控制指令，若有，则向工控机PC/104发送远程主控端(3)的控制指令，发送完毕后从远程指令队列中清空远程控制指令，同时清空本地指令队列中本地控制指令；若无，则发送本地控制指令，发送完毕后从本地指令队列中清空本地指令；

再次，中转站(2)与远程监控与故障诊断中心服务器的主控端(3)通信时，中转站(2)在本系统客户端/服务器架构中相对远程主控端(3)而言是客户端，在通信开始时首先要向远程主控端(3)发送TCP连接请求，并等待远程主控端(3)回复TCP连接请求应答信号，当中转站(2)接收到该应答信号后表明远程主控端(3)和中转站(2)间的网络通信链路建立，此时可以相互通信；当中转站(2)与远程主控端(3)建立TCP连接后，启动第二时钟定时器(5)来定时监测TCP连接状态，当TCP链路因故障断开或者因其它原因链路通信效率低于正常时，主动拆除已有TCP链路并将这一拆除消息通知给远程主控端(3)使其及时拆除老的TCP链路，然后中转站(2)重新向远程主控端(3)发送新的TCP连接请求，当远程主控端(3)接收并回复连接请求后，新的TCP连接便建立了，通信在新的链路上传输，只要远程主控端(3)处于联机状态，中转站(2)就可以不间断地与远程主控端(3)通信，以实现中转站(2)永远在线的功能；

最后，中转站(2)在接收到工控机PC/104的反馈信息数据帧后，先对数据帧进行校验，若校验正确，则以动画或文本形式在本地显示，接着检测中转站(2)与远程主控端(3)的TCP连接是否完好，若完好，则将该数据帧二次封装成TCP帧的格式发送给远程主控端(3)，若TCP链路断开或者其他原因导致信道拥塞则不发送，最后将此时指令队列中的控制指令发送给工控机PC/104，若数据帧校验错误，此时如果检测到数据中有数据帧尾的十六进制标志OXFF，也将指令队列中的控制指令发送给工控机PC/104；如果数据帧校验错误同时也没有检测到十六进制的数据帧尾标志OXFF，则接收完工控机PC/104数据帧后不作处理；

第三步，远程主控端(3)对数控切纸机进行监控与故障诊断，其实现方法具体包括如下步骤：

首先，远程主控端(3)在本系统客户端/服务器架构中相对于中转站(2)而言是服务器端，通信开始前先要侦听中转站(2)的TCP连接请求，当侦听到中转站(2)的TCP连接请求后立即向中转站(2)回复TCP连接请求应答信号，此时表明中转站(2)和远程主控端(3)间的TCP通信链路建立可以通信；远程主控端(3)接收到工控机PC/104的反馈信息后，对数据帧进行校验、解析、处理，若校验正确，则以动画或文本形式在本地显示，然后将控制指令数据映射成ASCII码并封装成一个完整的数据帧格式形式，接着检测与中转站的TCP连接是否完好，若完好，则将该数据帧二次封装成TCP帧的格式发送给中转站，若TCP链路断开或者其他原因导致信道拥塞则将该指令存储在控制指令队列中，等待TCP链路完好时，在下一个通信节拍再发送给中转站，若数据帧校验错误，此时如果检测到数据中有数据帧尾的十六进制标志OXFF，当TCP链路完好时也将指令队列中的控制指令发送给中转站，如果数据帧校验错误同时也没有检测到十六进制的数据帧尾标志OXFF，则不作处理；

其次，在远程主控端(3)控制中，远程主控端(3)与中转站(2)的通信节拍由第三时钟定时器(6)来保证，TCP链路建立初期，由第三时钟定时器(6)首次触发发送模块向中转站(2)发送控制指令，并且每触发一次状态计数器自动加1，状态计数器在远程主控端(3)每接收到一次数据时便自动清空为0。当通信节拍正常时，第三时钟定时器(6)不起作用，当通信链路通信信道拥塞或者通信节拍错误时，该定时器就自动触发发送模块，在远程主控端(3)及被控端(1)之间调整并建立新的通信节拍；

最后，远程主控端(3)TCP链路状态由第四时钟定时器(7)监测，每隔3s检测一次状态计数器值是否超过预设值4，当超过时，则认为TCP链路断开或者通信链路拥塞，此时主动拆除现有的TCP连接并将拆除链路的信息通知给中转站(2)，同时清空状态计时器，然后重新侦听中转站(2)的TCP连接请求，侦听到新的TCP连接请求后，回复中转站(2)的TCP连接请求允许信号建立新的链路。