一种嵌入式机床报警文本处理装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及数控机床技术领域，特别是涉及一种嵌入式机床报警文本处理装置及其控制方法。

背景技术

在生产制造车间中，其生产效率是至关重要的，车间的自动化程度提高导致其发生故障的处理也变得相对复杂，对操作人员的整体素质需求也变高。伴随着数控系统的全面发展，其内置的机床故障信息越来越全面，但工厂的操作人员往往对机床的故障信息代码也就是机床报警号并不全面了解，需要查阅厂家提供的指导手册，进行故障处理。OPCUA技术作为工厂设备层沟通的技术新秀，也迅速被各大厂商所采纳。传统的机床故障处理方式也随之带来变革。

现有的机床报警装置多以传感器为主，对机床的运行状态进行辅助报警。但一旦机床发生故障后通过机床报警号并不能第一时间让工作人员了解到机床的工作状态，以及该怎么进行故障处理，故需要一种新的技术方案来解决这些问题。

因此，现有技术的缺陷是，现有机床报警无法提供给机床操作人员针对不同报警号的提示信息，并且无法推送处理信息给机床操作人员进行故障处理。

相关文献，申请号201410835886.1,CN 105812253 A,发明名称:一种0PCUA数据服务网关装置及其实现方法。

发明内容

有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明的目的是提供一种嵌入式机床报警文本处理装置，获取机床内的OPCUA服务器的实时报警号，提供给机床操作人员针对不同报警号的提示信息，并且推送处理信息给机床操作人员进行故障处理。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种嵌入式机床报警文本处理装置，其关键在于，包括处理器，所述处理器连接有接口电路，所述处理器经接口电路连接机床内的OPCUA服务器获取实时报警号；所述处理器还连接有外扩FLASH存储器，外扩FLASH存储器中存储有第一文件和第二文件，第一文件用于存储实时报警号对应的偏移地址，第二文件存储有偏移地址对应的中文文本信息，处理器根据实时报警号在第一文件中寻找相应的偏移地址，根据该偏移地址在第二文件中寻找对应的中文文本信息；所述处理器经显示屏接口连接有LCD显示屏，所述LCD显示屏显示所述实时报警号及其相应的中文文本信息。

该中文文本信息包括实时报警号对应的故障提示信息和相应的处理信息。

一种嵌入式机床报警文本处理装置的控制方法，其关键在于：包括如下步骤：

步骤A：处理器连接机床内的OPCUA服务器获取实时报警号；

步骤B：处理器根据实时报警号在外扩FLASH存储器的第一文件中查找实时报警号对应的文本行，在该文本行获取对应的偏移地址；

步骤C：处理器根据偏移地址在外扩FLASH存储器的第二文件中查找偏移地址相对应的文本行，获取相应的中文文本信息；

步骤D：处理器经LCD显示屏显示所述实时报警号及其相应的中文文本信息。

显著效果:本发明提供了一种嵌入式机床报警文本处理装置，获取机床内的OPCUA服务器的实时报警号，提供给机床操作人员针对不同报警号的提示信息，并且推送处理信息给机床操作人员进行故障处理。

附图说明

图1为本发明的电路模块结构图；

图2为处理器的电路图；

图3为SW调试接口的电路图；

图4为LED灯的电路图；

图5为按键电路的电路图；

图6为显示屏接口的电路图；

图7为外扩SRAM存储器的电路图；

图8为网络模块的电路图；

图9为网络接口插座的电路图；

图10为直流电源输入模块的电路图；

图11为电源转换模块的电路图；

图12为外扩FLASH存储器的电路图；

图13为USB转串口芯片的电路图；

图14为USB接口的电路图；

图15为LCD显示屏显示出的中文文本信息示意图；

图16为OPCUA客户端的结构示意图；

图17为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1-图17所示，一种嵌入式机床报警文本处理装置，包括处理器1，所述处理器1连接有接口电路，所述处理器1经接口电路连接机床内的OPCUA服务器获取实时报警号；所述处理器1还连接有外扩FLASH存储器，外扩FLASH存储器中存储有第一文件和第二文件，第一文件用于存储实时报警号及其对应的偏移地址，第二文件存储有偏移地址及其对应的中文文本信息，处理器1根据实时报警号在第一文件中寻找相应的偏移地址，根据该偏移地址在第二文件中寻找对应的中文文本信息；所述处理器1经显示屏接口11连接有LCD显示屏12，所述LCD显示屏12显示所述实时报警号及其相应的中文文本信息。

本发明的一种嵌入式机床报警文本处理装置的嵌入式控制系统包括OPCUA客户端、图形显示界面、文本读取模块。

作为优选的实施例，其OPCUA的实现方式采用易于剪裁的OPEN62541协议结构，装置搭载FreeRtos与LWIP作为OPCUA协议的基本实时运行环境。

其图形显示界面采用LIttleVGL的底层图形库，在此架构中实现OPCUA协议的控制逻辑，以及完成文本读取等内容，并且通过串口输出调试信息，使得程序的开发调试变得更加容易理解。

本装置通过OPCUA客户端与机床内部OPCUA服务器进行通讯，从OPCUA服务器内部读取实时报警号信息，在信息变动过程中控制图形显示界面刷新界面；所述图形显示界面可包含多级菜单，显示其通讯状态与中文文本信息；文本读取模块通过OPCUA客户端读取实时报警号，去查找与之匹配的报警中文文本信息。

进一步的，所述OPCUA客户端是基于FREERTOS+LWIP+MBEDTLS+OPEN62541搭建的轻量级OPCUA通讯协议架构。包含OPCUA基本的读取节点、写入节点、订阅、Find服务器等功能。所述OPCUA客户端的功能是与机床的OPCUA服务器进行连接，获取机床内的报警号信息；OPCUA协议架构需要与硬件底层的网络接口相链接，并且实时与图形显示界面交互进行逻辑控制。

相比较现有技术，本发明采用轻量级的嵌入式装置实现了OPCUA协议的通讯，在读取到机床报警号后，能够快速的通过FATFS文件系统进行检索文件信息，并且本装置只需要一根网线就可以与机床进行通讯，连接方便，无需工控机等复杂设备；进一步通过嵌入式装置与OPCUA客户端融合，增强了本系统在不同应用场景下的灵活性，方便二次开发。并且相比较传统的字符串匹配的文本检索处理方式，本新型实用的检索速度大幅度提高，提高整个嵌入式控制系统的实时响应速度。

如图2所示，所述处理器1采用STM32F407VGT6单片机。

如图3所示，STM32F407VGT6单片机连接有SW调试接口，所述SW调试接口采用JTAG调试接口。

如图4所示，STM32F407VGT6单片机连接有LED灯，用于信号指示。

如图5所示，STM32F407VGT6单片机连接有按键电路，通过按键电路的按键能够向STM32F407VGT6单片机发送指令。

上述结构设置的效果为：所述处理器1经接口电路连接机床内的OPCUA服务器获取实时报警号，也就是机床的故障信息代码，便于进行后续的故障处理。

优选的，如图7所示，所述处理器1还连接有外扩SRAM存储器，外扩SRAM存储器用于处理器1存放相应的数据，如OPCUA客户端数据等。

优选的，如图12所示，所述处理器1还连接有外扩FLASH存储器，外扩FLASH存储器中存储有第一文件和第二文件，第一文件用于存储报警号以及对应的偏移地址，第二文件存储有偏移地址以及对应的中文文本信息，该中文文本信息也就是对应的故障信息和相关的处理信息。

如图15所示，比如，报警号为1030，处理器1在第一文件中查找第1030行对应的偏移地址为6，然后处理器1直接在第二文件中查找偏移地址6，即第二文件中的第6行，第6行即为报警号1030及其对应的中文文本信息，也就是对应的故障信息和处理信息。

所述处理器1经LCD显示屏12显示对应的故障信息和处理信息。根据该故障信息和对应的处理信息操作人员能够快速的判断该故障是属于需要停机维修的重要故障或是可以暂时忽略的故障，避免因为小故障而导致的生产设备停工，耽误生产周期，有利于提高生产车间整体的智能化程度，提高生产效率。

通过访问第一文件的偏移地址，再在第二文件中进行查找。提高检索速度，也使系统的运行更加流畅，减少嵌入式系统的资源的占用。并且相比较传统的字符串匹配的文本检索处理方式，本发明的检索速度大幅度提高，提高整个嵌入式控制系统的实时响应速度。

所述处理器1经显示屏接口11连接有LCD显示屏12，所述LCD显示屏显示所述实时报警号及其相应的中文文本信息。进一步的，所述显示屏接口11需要集成中文字库，方便操作人员的识别。

如图13为USB转串口芯片，处理器1经USB转串口芯片可以输出系统的调试信息。

如图2和图14所示，处理器1还连接有USB接口，通过USB接口以USB SLAVE模式连接电脑，使得外扩FLASH存储器中的第一文件、第二文件能够更加方便的得到更新，提高系统的通用性。

如图6所示，所述处理器1经显示屏接口11连接LCD显示屏12。

所述LCD显示屏显示所述实时报警号及其相应的中文文本信息，方便操作人员察看实时报警号及其相应的中文文本信息。

所述LCD显示屏为触摸显示屏。

通过触摸显示屏还能向处理器1发送相关的指令。

所述接口电路包括网络模块13和网络接口插座14，所述处理器1经网络模块13连接网络接口插座14，网络接口插座14经RJ45网线连接机床内的OPCUA服务器。

如图8所示，所述网络模块13采用LAN8720A网络模块，如图9所示，所述网络接口插座14采用HR911105A网络接口插座，便于处理器1连接机床内的OPCUA服务器。

通过上述的接口电路，通过一根RJ45网线即可连接机床内的OPCUA服务器。

还包括直流电源输入模块，直流电源输入模块经电源转换模块为处理器1供电。采用上述电路模块可为处理器1供电。

如图10所示，直流电源输入模块采用MP2359直流电源模块；如图11所示，电源转换模块采用U5AMS1117电源转换模块。

如图17所示，一种嵌入式机床报警文本处理装置的控制方法，包括如下步骤：

步骤A：处理器1连接机床内的OPCUA服务器获取实时报警号；

步骤B：处理器1根据实时报警号在外扩FLASH存储器的第一文件中查找实时报警号对应的文本行，在该文本行获取对应的偏移地址；

步骤C：处理器1根据偏移地址在外扩FLASH存储器的第二文件中查找偏移地址相对应的文本行，获取相应的中文文本信息；

步骤D：处理器1经LCD显示屏12显示所述实时报警号及其相应的中文文本信息。

所述步骤A中，处理器1经OPCUA客户端连接机床内的OPCUA服务器；处理器1经文本读取模块获取实时报警号；

所述步骤D中，处理器1经图形显示界面控制LCD显示屏12显示所述实时报警号及其相应的中文文本信息。

其图形显示界面采用LittleVGL的底层图形库，在此架构中实现OPCUA协议的控制逻辑，以及完成文本读取等内容，并且通过串口输出调试信息，使得程序的开发调试变得更加容易理解。

其文本读取模块基于FATFS，相比于传统的字符串匹配模式。本发明采用偏移地址表的方式，将查询报警文本信息需要的偏移地址保存在第一文件中，通过访问第一文件的偏移地址，再在第二文件中进行查找。提高检索速度，也使系统的运行更加流程，减少嵌入式系统的资源的占用。

OPCUA客户端采用OPEN62541协议结构，搭载FreeRtos与LWIP作为OPCUA协议的基本实时运行环境，处理器1在使用OPCUA客户端的时候，移植MbedTLS使用信息密钥对信息进行编码与解码，使得OPCUA客户端可以与机床内的OPCUA服务器进行加密连接。

FreeRTOS是一个迷你的实时操作系统内核。作为一个轻量级的操作系统，功能包括：任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理、记录功能、软件定时器、协程等，可基本满足较小系统的需要。LWIP(Light Weight Internet Protoco1)是瑞士计算机科学院(Swedish Institute of Computer Science)AdamDunkels等人开发的一套用于嵌入式系统的开放源代码TCP/IP协议栈。LWIP的含义是Light Weight(轻型)IP协议。LWIP可以移植到操作系统上，也可以在无操作系统的情况下独立运行。LWIP TCP/IP实现的重点是在保持TCP协议主要功能的基础上减少对RAM的占用。一般它只需要几十KB的RAM和40KB左右的ROM就可以运行，这使LWIP协议栈适合在小型嵌入式系统中使用。

MbedTLS是一个开源、可移植、易于使用、代码可读性高的SSL库。可实现常用的加密/解密算法，X.509证书操作以及TLS/DTLS协议。它的各个功能模块相对独立、耦合低，可以通过配置宏定义裁剪，非常适合用于嵌入式系统。

有一部分机床，比如西门子828d为例，其拒绝以匿名方式进行登陆，在使用OPCUA客户端的时候，移植MbedTLS使用信息密钥对信息进行编码与解码，使得OPCUA客户端可以与机床内的OPCUA服务器进行加密连接。通过实现OPCUA协议栈，使得整个系统的通用性增强，使得装置的应用环境提高减少二次重复开发。

对于西门子828d机床，OPCUA客户端与机床进行加密连接时通过输入相应格式的证书以及密钥即可完成连接。

如图16所示，OPCUA客户端的结构示意图。OPCUA的基本信息模型为OPCUA的信息建模提供了基础。OPCUA的信息模型以树的机制进行表达，主要包含节点类型、节点属性、以及节点关系。OPCUA的服务包含连接服务、地址空间的编辑与浏览、实时的读写与订阅、对历史数据的读取与更新以及包含对方法节点的调用常见的有事件触发与报警。这些功能都通过OPCUA协议栈的请求、应答机制产生的消息组成。

OPCUA客户端读取到报警号后，本装置自动去读取与报警号相对应的偏移地址，在获取到偏移地址后，通过FATFS的SEEK函数读取偏移量对应的文本信息。其中由于需要显示中文，所以需要特别注重嵌入式系统与第二文件中的汉字字符需要设置为UTF-8与中文字库进行匹配，避免出现乱码等现象。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。