远程视频技术在网络数控加工监控中的应用

ArrodeCed

1 网络数控系统的基本结构

图1 网络数控基本结构
　　数控机床上网是网络数控的根本，现阶段主控计算机与数控机床之间的通信网络大多采用现场总线。
* {3 G2 Y+ w+ r4 q* f- J( v( i数控机床与现场总线大多数采用两种方式相连：第一种联接方式用于新型数控机床，其具有符合MAP标准的网络接口，可直接与总线相联：第二种联接方式以一台工控机与单台数控机床相联接，完成NC程序及数据的传送。从而，完成加工过程的监控。基本结构如图1。
　　2 视频技术应用于网络数控加工监控的技术背景
& e- ^: _- c) c8 R/ w　　数控机床的自动化程度的日益提高，复杂性迅速增加引起了维修费用增高，停机损失巨大的问题。所以，监控系统在网络数控中的作用变得非常重要。通过对机床加工过程的实时监测，可以及时发现故障或异常情况并且通知现场工作人员，同时，利用远程视频技术可在远程监控中心实现远程故障诊断，在远端迅速排除故障。全球化计算机网络的发展，多媒体技术的成熟，传感器技术的大量应用都为网络数控系统的远程监控提供了坚实的技术基础。
　　在数控机床的加工过程中，有一些无法通过电子信号描述的现场表征。如纯机械的故障，生产环境等。这些都可通过在现场配备摄像机和单频采集装置来解决。视频技术用于生产现场，采用实时的视频传输，场景对话，视频会议等方式，可使远程监控中心或操作人员更有效的监控现场出现的情况。
3 l' F% `# J5 k3 S! v; f　　在线监测还包括监测底层设备主要部位，部件的传感器信号，可直接测量的设备运行信号，底层设备及控制器的故障报警灯和状态变化指示灯信号，数控设备CRT上可显示的软件报警代码等。所有信息不但可在本地及时处理，还可以将所有的监测信息加工成可以在网上传输的形式，发送给远程监测和诊断中心。

+ s  n5 h9 i+ F9 }图2 在线监测系统信息流图
- F  \8 i! B' N; _# o8 w4 K2 ?　　在线监测系统的信息流如图2。
1 C+ G6 s  e& k& T5 j- x/ i% h　　3 远程视频监控的实现方案
5 w6 `7 {& L7 d9 R　　随着国内信息高速公路建设的进一步加快，困扰人们多年的带宽问题将不复存在。面对这一巨大的变化，企业的局域网建设，车间层的网络数控系统要在物理构成以及将要实现的功能上加以充分的考虑：未来的信息高速公路将实现宽带传输的光纤化，交换技术的ATM化（即基于定长单元的面向分组的异步传输模式）综合业务的多媒体化（视频/音频/图像/图形/文本等，尤其是视频，单频的实时交互传输）以及信息共享数据库的分布化，网络管理的智能化。
9 ?. l8 w2 X- u9 r# h# a- Q+ ?　　因此，远程视频的传输采用ATM网络作为系统的接入网络，同时，使用网关与前期不同类型网络（ISDN，DDN，帧中继等）互联。系统采用新型的MCU（含内置网关）可以实现一点对多点的视频音频传输，其内置网关的协议转化功能，可以实现不同类型企业局域网，不同视频通讯系统（H.323视频终端或 H.320视频终端）的顺利联接及通讯。
, H1 n1 G6 ?% {) `远程视频技术采用视频会议的方式。即将视频会议系统与现有的网络数控系统加以集成，通过视频会议完善的实时多媒体交互功能，创造一个良好的协同工作环境。视频会议系统的文本交谈，电子白板和应用程序共享功能，可以作为网络数控远程监控与诊断功能扩展。
为了考虑系统的兼容性，不同的视频会议系统产品应符合国际电信联盟（ITU）的T.120，H.320，H.323等国际标准。
　　视频会议系统的嵌入采用B/S网络方案，即将制造企业之间，制造企业与远程监控中心之间通过ATM网络连结起来。利用新型MCU，用户端只需通过浏览器登录到安装了MCU的Web管理软件的服务器上，就可以依据授权加入会议。通过管理软件的会议编排功能可实现用户端发起多点会议功能，从而有利于数控机床故障的及时排除。系统的实现方案如图3。

; z( {$ ~) Y6 p+ C6 T, }　　图3 网络数控远程监控结构示意图
! q4 g# F6 [" s　　4 系统的设备配置
. ]0 q1 C5 e& f6 O7 K3 s　　视频会议终端：POLYCOM ViewStationMP。①支持H.323，可在Internet/intranet网上召开视频会议，传输速度可达768kbps：②全双工数字音频，自动进行背景降噪和回声抑制：③自动声控跟踪摄像头：④内置基于web的综合演示系统，为远端发送演示资料：I多点会议中采用语言激励的切换方式，使与会者如置身于实际会议环境中，并将画面自动切换到发言者。
　　交互式电子白板：SmartBoard。VTEL公司的产品，可方便的建立数据网，在多点会议中实现文件传输及共享，图文显示和文件图像的储存等功能。它使会议方可以方便的交流方案，做好纪录，使讨论更加完善。（可根据企业具体需求决定是否配备该设备。）
% i+ T6 @; W6 s2 D7 x5 i! u　　多点控制单元（MCU）:AccordMGC-100。①电信级模块化结构：②内置网关功能使 H.320（ISDN，DDN），H.323（LAN，Internet，Intranet）和H.310（ATM）不同网络可运行在一个系统上：③多重编码的转换，不同协议有不同的算法，帧速，带宽的要求，必须进行转换：④动态分屏技术，可同时监控多个场景：⑤防火墙解决技术，企业设置的标准防火墙不支持实时的视频，音频流，通过MGC-100可有效地解决该类问题。
　　5 系统实现的关键技术
9 T6 |' t, r0 R" O) K; }7 D+ i! \　　多媒体通信协议
# ]: ]- M+ `8 ~  d- C7 A$ {　　系统采用H.323协议，H.323协议体系是基于分组网的多媒体通信系统，它定义了分组网上提供的多媒体服务的终端与设备的功能部件，通信过程和在分组网上提供声音，图像和数据通信所需的协议。它适应能提供可靠传输（TCP）和不可靠传输（UDP）机制的分组交换网络。支持INTERNET网络上的视频会议，为INTERNET，INTRANET网络上的多媒体通信产品的互通提供了标准。
4 L, o9 o9 W: ~/ O# ^# e1 c6 t+ R5 [　　H.323提供了多种媒体编码方式，对于音频可采用G.711，G722，G728和G.729等，对视频H.261编码的CIF和QCIF两种图像格式以及H.263的所有模式都可选用，数据传输采用Y.120系列中的T.123，T.126，T.125协议等，它们的不同组合为不同质量的传输应用提供了多种选择。
' D, {6 O; j8 b/ Q' `# bATM接入技术
7 c" z- T. m# a- T/ y$ h　　ATM（异步传输模式）将成为下一代宽带网的主要传输模式。ATM 网络采用固定信元和异步方式保证传输的效率，可做固定带宽分配，具有高带宽，高效率并提供QoS的保证，特别适宜高速，实时的多媒体通信应用。ATM可以实现高达155～622Mb/s的交换速率。使用ATM网络连接实时分布系统，优势在于减少了宿主机的承载量，从而，给应用者提供实时服务，同时还支持 TCP/IP网络协议。

9 k" y' ~: S4 p9 L图4 逻辑子网（LIS）
% j$ H) e8 o  n" g$ h1 }) V) _0 M) I　　IPOVER ATM 技术，如图所示：逻辑子网（LIS）是根据用户和网络管理者的连接要求，由直接连接到ATM网络的任何主机，路由器组合而成。每个LIS内均有一个ARP 服务器负责IP地址和ATM地址的解析。IP包可以在点到点的ATM 的永久虚通道（PVC）和ATM 交换虚通道（SVC）上传送。
　　MCU（多点控制单元）
& Q$ Z  m( r& i0 K; x; c  @9 Y　　多点控制单元（MCU）是视频通讯系统的主要控制和转发设备。通过MCU可使多个制造企业加入会议系统，从而使系统具有良好的扩展性。MCU的功能是实现各终端之间的信息控制与交换。具体来说：混合多点的音频信号：从接收到的各路视频信号中选出所需的一路信号：将传送到各有关用户的上述视频音频信号混合组成一个复合的输出信号。
　　MCU对信息的分配有两种方式：一是多播方式，即将某一用户的多媒体信息同时分配给若干用户：二是桥（Bridge）方式，即将多个用户的多媒体信息合成后再分配给多个在线用户。
3 C) h3 ?& S) z/ v. ~* b　　新型的MCU，如Accord公司的MGC-100采用了一些先进技术如：内置网关技术：多重编码的转换：动态分屏技术：防火墙解决技术等。可实现H.320网络与H.323网络的互联。
　　6 结束语
0 j, B9 ~/ {( `' V　　远程视频技术作为一种良好的协作工具在网络数控中应用，不但使操作人员可以更为全面地了解数控机床的运作情况，而且为远程的监测和操作提供了直观的环境。同时，实时的视频音频传输有利于远程故障诊断和解决方案的及时反馈。在现阶段，是一种提高企业敏捷性的有效手段。本系统已在本校校园网上通过测试，在 128kbps，384kbps，512kbps的传输速度下均获得了清晰、稳定的图像。
【MechNet】
文章关键词： 数控加工