1 網絡數控系統的基本結構
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圖1 網絡數控基本結構
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數控機床上網是網絡數控的根本，現階段主控計算機與數控機床之間的通信網絡大多采用現場總線。數控機床與現場總線大多數采用兩種方式相連:第一種聯接方式用于新型數控機床，其具有符合MAP標準的網絡接口，可直接與總線相聯：第二種聯接方式以一臺工控機與單臺數控機床相聯接，完成NC程序及數據的傳送。從而，完成加工過程的監控。基本結構如圖1。
2 視頻技術應用于網絡數控加工監控的技術背景
數控機床的自動化程度的日益提高，復雜性迅速增加引起了維修費用增高，停機損失巨大的問題。所以，監控系統在網絡數控中的作用變得非常重要。通過對機床加工過程的實時監測，可以及時發現故障或異常情況并且通知現場工作人員，同時，利用遠程視頻技術可在遠程監控中心實現遠程故障診斷，在遠端迅速排除故障。全球化計算機網絡的發展，多媒體技術的成熟，傳感器技術的大量應用都為網絡數控系統的遠程監控提供了堅實的技術基礎。
在數控機床的加工過程中，有一些無法通過電子信號描述的現場表征。如純機械的故障，生產環境等。這些都可通過在現場配備攝像機和單頻采集裝置來解決。視頻技術用于生產現場，采用實時的視頻傳輸，場景對話，視頻會議等方式，可使遠程監控中心或操作人員更有效的監控現場出現的情況。
在線監測還包括監測底層設備主要部位，部件的傳感器信號，可直接測量的設備運行信號，底層設備及控制器的故障報警燈和狀態變化指示燈信號，數控設備CRT上可顯示的軟件報警代碼等。所有信息不但可在本地及時處理，還可以將所有的監測信息加工成可以在網上傳輸的形式，發送給遠程監測和診斷中心。
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圖2 在線監測系統信息流圖
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在線監測系統的信息流如圖2。
3 遠程視頻監控的實現方案
隨著國內信息高速公路建設的進一步加快，困擾人們多年的帶寬問題將不復存在。面對這一巨大的變化，企業的局域網建設，車間層的網絡數控系統要在物理構成以及將要實現的功能上加以充分的考慮：未來的信息高速公路將實現寬帶傳輸的光纖化，交換技術的ATM化(即基于定長單元的面向分組的異步傳輸模式)綜合業務的多媒體化(視頻/音頻/圖像/圖形/文本等，尤其是視頻，單頻的實時交互傳輸)以及信息共享數據庫的分布化，網絡管理的智能化。
因此，遠程視頻的傳輸采用ATM網絡作為系統的接入網絡，同時，使用網關與前期不同類型網絡(ISDN，DDN，幀中繼等)互聯。系統采用新型的MCU(含內置網關)可以實現一點對多點的視頻音頻傳輸，其內置網關的協議轉化功能，可以實現不同類型企業局域網，不同視頻通訊系統(H.323視頻終端或 H.320視頻終端)的順利聯接及通訊。
遠程視頻技術采用視頻會議的方式。即將視頻會議系統與現有的網絡數控系統加以集成，通過視頻會議完善的實時多媒體交互功能，創造一個良好的協同工作環境。視頻會議系統的文本交談，電子白板和應用程序共享功能，可以作為網絡數控遠程監控與診斷功能擴展。為了考慮系統的兼容性，不同的視頻會議系統產品應符合國際電信聯盟(ITU)的T.120，H.320，H.323等國際標準。
視頻會議系統的嵌入采用B/S網絡方案，即將制造企業之間，制造企業與遠程監控中心之間通過ATM網絡連結起來。利用新型MCU，用戶端只需通過瀏覽器登錄到安裝了MCU的Web管理軟件的服務器上，就可以依據授權加入會議。通過管理軟件的會議編排功能可實現用戶端發起多點會議功能，從而有利于數控機床故障的及時排除。系統的實現方案如圖3。
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圖3 網絡數控遠程監控結構示意圖
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4 系統的設備配置
- 視頻會議終端:POLYCOM ViewStationMP。①支持H.323，可在Internet/intranet網上召開視頻會議，傳輸速度可達768kbps：②全雙工數字音頻，自動進行背景降噪和回聲抑制：③自動聲控跟蹤攝像頭：④內置基于web的綜合演示系統，為遠端發送演示資料：I多點會議中采用語言激勵的切換方式，使與會者如置身于實際會議環境中，并將畫面自動切換到發言者。
- 交互式電子白板:SmartBoard。VTEL公司的產品，可方便的建立數據網，在多點會議中實現文件傳輸及共享，圖文顯示和文件圖像的儲存等功能。它使會議方可以方便的交流方案，做好紀錄，使討論更加完善。(可根據企業具體需求決定是否配備該設備。)
- 多點控制單元(MCU):AccordMGC-100。①電信級模塊化結構：②內置網關功能使 H.320(ISDN，DDN)，H.323(LAN，Internet，Intranet)和H.310(ATM)不同網絡可運行在一個系統上：③多重編碼的轉換，不同協議有不同的算法，幀速，帶寬的要求，必須進行轉換：④動態分屏技術，可同時監控多個場景：⑤防火墻解決技術，企業設置的標準防火墻不支持實時的視頻，音頻流，通過MGC-100可有效地解決該類問題。
5 系統實現的關鍵技術
多媒體通信協議
系統采用H.323協議，H.323協議體系是基于分組網的多媒體通信系統，它定義了分組網上提供的多媒體服務的終端與設備的功能部件，通信過程和在分組網上提供聲音，圖像和數據通信所需的協議。它適應能提供可靠傳輸(TCP)和不可靠傳輸(UDP)機制的分組交換網絡。支持INTERNET網絡上的視頻會議，為INTERNET，INTRANET網絡上的多媒體通信產品的互通提供了標準。
H.323提供了多種媒體編碼方式，對于音頻可采用G.711，G722，G728和G.729等，對視頻H.261編碼的CIF和QCIF兩種圖像格式以及H.263的所有模式都可選用，數據傳輸采用Y.120系列中的T.123，T.126，T.125協議等，它們的不同組合為不同質量的傳輸應用提供了多種選擇。
ATM接入技術
ATM(異步傳輸模式)將成為下一代寬帶網的主要傳輸模式。ATM 網絡采用固定信元和異步方式保證傳輸的效率，可做固定帶寬分配，具有高帶寬，高效率并提供QoS的保證，特別適宜高速，實時的多媒體通信應用。ATM可以實現高達155～622Mb/s的交換速率。使用ATM網絡連接實時分布系統，優勢在于減少了宿主機的承載量，從而，給應用者提供實時服務，同時還支持 TCP/IP網絡協議。
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圖4 邏輯子網(LIS)
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IPOVER ATM 技術，如圖所示:邏輯子網(LIS)是根據用戶和網絡管理者的連接要求，由直接連接到ATM網絡的任何主機，路由器組合而成。每個LIS內均有一個ARP 服務器負責IP地址和ATM地址的解析。IP包可以在點到點的ATM 的永久虛通道(PVC)和ATM 交換虛通道(SVC)上傳送。
MCU(多點控制單元)
多點控制單元(MCU)是視頻通訊系統的主要控制和轉發設備。通過MCU可使多個制造企業加入會議系統，從而使系統具有良好的擴展性。MCU的功能是實現各終端之間的信息控制與交換。具體來說：混合多點的音頻信號：從接收到的各路視頻信號中選出所需的一路信號：將傳送到各有關用戶的上述視頻音頻信號混合組成一個復合的輸出信號。
MCU對信息的分配有兩種方式:一是多播方式，即將某一用戶的多媒體信息同時分配給若干用戶：二是橋(Bridge)方式，即將多個用戶的多媒體信息合成后再分配給多個在線用戶。
新型的MCU，如Accord公司的MGC-100采用了一些先進技術如:內置網關技術：多重編碼的轉換：動態分屏技術：防火墻解決技術等。可實現H.320網絡與H.323網絡的互聯。
6 結束語
遠程視頻技術作為一種良好的協作工具在網絡數控中應用，不但使操作人員可以更為全面地了解數控機床的運作情況，而且為遠程的監測和操作提供了直觀的環境。同時，實時的視頻音頻傳輸有利于遠程故障診斷和解決方案的及時反饋。在現階段，是一種提高企業敏捷性的有效手段。本系統已在本校校園網上通過測試，在 128kbps，384kbps，512kbps的傳輸速度下均獲得了清晰、穩定的圖像。
