本文探討了網(wǎng)絡(luò)數(shù)控加工監(jiān)控中的遠(yuǎn)程視頻技術(shù)應(yīng)用相關(guān)內(nèi)容。

　　1 網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

圖1 網(wǎng)絡(luò)數(shù)控基本結(jié)構(gòu)

　　數(shù)控機(jī)床上網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)數(shù)控的根本，現(xiàn)階段主控計(jì)算機(jī)與數(shù)控機(jī)床之間的通信網(wǎng)絡(luò)大多采用現(xiàn)場(chǎng)總線。數(shù)控機(jī)床與現(xiàn)場(chǎng)總線大多數(shù)采用兩種方式相連:第一種聯(lián)接方式用于新型數(shù)控機(jī)床，其具有符合MAP標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口，可直接與總線相聯(lián)：第二種聯(lián)接方式以一臺(tái)工控機(jī)與單臺(tái)數(shù)控機(jī)床相聯(lián)接，完成NC程序及數(shù)據(jù)的傳送。從而，完成加工過程的監(jiān)控。基本結(jié)構(gòu)如圖1。

　　2 視頻技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)數(shù)控加工監(jiān)控的技術(shù)背景

　　數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度的日益提高，復(fù)雜性迅速增加引起了維修費(fèi)用增高，停機(jī)損失巨大的問題。所以，監(jiān)控系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)數(shù)控中的作用變得非常重要。通過對(duì)機(jī)床加工過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障或異常情況并且通知現(xiàn)場(chǎng)工作人員，同時(shí)，利用遠(yuǎn)程視頻技術(shù)可在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷，在遠(yuǎn)端迅速排除故障。全球化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，多媒體技術(shù)的成熟，傳感器技術(shù)的大量應(yīng)用都為網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

　　在數(shù)控機(jī)床的加工過程中，有一些無法通過電子信號(hào)描述的現(xiàn)場(chǎng)表征。如純機(jī)械的故障，生產(chǎn)環(huán)境等。這些都可通過在現(xiàn)場(chǎng)配備攝像機(jī)和單頻采集裝置來解決。視頻技術(shù)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，采用實(shí)時(shí)的視頻傳輸，場(chǎng)景對(duì)話，視頻會(huì)議等方式，可使遠(yuǎn)程監(jiān)控中心或操作人員更有效的監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的情況。

　　在線監(jiān)測(cè)還包括監(jiān)測(cè)底層設(shè)備主要部位，部件的傳感器信號(hào)，可直接測(cè)量的設(shè)備運(yùn)行信號(hào)，底層設(shè)備及控制器的故障報(bào)警燈和狀態(tài)變化指示燈信號(hào)，數(shù)控設(shè)備CRT上可顯示的軟件報(bào)警代碼等。所有信息不但可在本地及時(shí)處理，還可以將所有的監(jiān)測(cè)信息加工成可以在網(wǎng)上傳輸?shù)男问剑l(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和診斷中心。

圖2 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息流圖

　　在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信息流如圖2。

　　3 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)方案

　　隨著國內(nèi)信息高速公路建設(shè)的進(jìn)一步加快，困擾人們多年的帶寬問題將不復(fù)存在。面對(duì)這一巨大的變化，企業(yè)的局域網(wǎng)建設(shè)，車間層的網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)要在物理構(gòu)成以及將要實(shí)現(xiàn)的功能上加以充分的考慮：未來的信息高速公路將實(shí)現(xiàn)寬帶傳輸?shù)墓饫w化，交換技術(shù)的ATM化(即基于定長(zhǎng)單元的面向分組的異步傳輸模式)綜合業(yè)務(wù)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(shí)時(shí)交互傳輸)以及信息共享數(shù)據(jù)庫的分布化，網(wǎng)絡(luò)管理的智能化。

　　因此，遠(yuǎn)程視頻的傳輸采用ATM網(wǎng)絡(luò)作為系統(tǒng)的接入網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)，使用網(wǎng)關(guān)與前期不同類型網(wǎng)絡(luò)(ISDN，DDN，幀中繼等)互聯(lián)。系統(tǒng)采用新型的MCU(含內(nèi)置網(wǎng)關(guān))可以實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的視頻音頻傳輸，其內(nèi)置網(wǎng)關(guān)的協(xié)議轉(zhuǎn)化功能，可以實(shí)現(xiàn)不同類型企業(yè)局域網(wǎng)，不同視頻通訊系統(tǒng)(H.323視頻終端或 H.320視頻終端)的順利聯(lián)接及通訊。

　　遠(yuǎn)程視頻技術(shù)采用視頻會(huì)議的方式。即將視頻會(huì)議系統(tǒng)與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)加以集成，通過視頻會(huì)議完善的實(shí)時(shí)多媒體交互功能，創(chuàng)造一個(gè)良好的協(xié)同工作環(huán)境。視頻會(huì)議系統(tǒng)的文本交談，電子白板和應(yīng)用程序共享功能，可以作為網(wǎng)絡(luò)數(shù)控遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷功能擴(kuò)展。為了考慮系統(tǒng)的兼容性，不同的視頻會(huì)議系統(tǒng)產(chǎn)品應(yīng)符合國際電信聯(lián)盟(ITU)的T.120，H.320，H.323等國際標(biāo)準(zhǔn)。

　　視頻會(huì)議系統(tǒng)的嵌入采用B/S網(wǎng)絡(luò)方案，即將制造企業(yè)之間，制造企業(yè)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心之間通過ATM網(wǎng)絡(luò)連結(jié)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(wù)器上，就可以依據(jù)授權(quán)加入會(huì)議。通過管理軟件的會(huì)議編排功能可實(shí)現(xiàn)用戶端發(fā)起多點(diǎn)會(huì)議功能，從而有利于數(shù)控機(jī)床故障的及時(shí)排除。系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案如圖3。

圖3 網(wǎng)絡(luò)數(shù)控遠(yuǎn)程監(jiān)控結(jié)構(gòu)示意圖

　　4 系統(tǒng)的設(shè)備配置

　　視頻會(huì)議終端:POLYCOM ViewStationMP。①支持H.323，可在Internet/intranet網(wǎng)上召開視頻會(huì)議，傳輸速度可達(dá)768kbps：②全雙工數(shù)字音頻，自動(dòng)進(jìn)行背景降噪和回聲抑制：③自動(dòng)聲控跟蹤攝像頭：④內(nèi)置基于web的綜合演示系統(tǒng)，為遠(yuǎn)端發(fā)送演示資料：I多點(diǎn)會(huì)議中采用語言激勵(lì)的切換方式，使與會(huì)者如置身于實(shí)際會(huì)議環(huán)境中，并將畫面自動(dòng)切換到發(fā)言者。

　　交互式電子白板:SmartBoard。VTEL公司的產(chǎn)品，可方便的建立數(shù)據(jù)網(wǎng)，在多點(diǎn)會(huì)議中實(shí)現(xiàn)文件傳輸及共享，圖文顯示和文件圖像的儲(chǔ)存等功能。它使會(huì)議方可以方便的交流方案，做好紀(jì)錄，使討論更加完善。(可根據(jù)企業(yè)具體需求決定是否配備該設(shè)備。)

　　多點(diǎn)控制單元(MCU):AccordMGC-100。①電信級(jí)模塊化結(jié)構(gòu)：②內(nèi)置網(wǎng)關(guān)功能使 H.320(ISDN，DDN)，H.323(LAN，Internet，Intranet)和H.310(ATM)不同網(wǎng)絡(luò)可運(yùn)行在一個(gè)系統(tǒng)上：③多重編碼的轉(zhuǎn)換，不同協(xié)議有不同的算法，幀速，帶寬的要求，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)換：④動(dòng)態(tài)分屏技術(shù)，可同時(shí)監(jiān)控多個(gè)場(chǎng)景：⑤防火墻解決技術(shù)，企業(yè)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)防火墻不支持實(shí)時(shí)的視頻，音頻流，通過MGC-100可有效地解決該類問題。

　　5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

　　多媒體通信協(xié)議

　　系統(tǒng)采用H.323協(xié)議，H.323協(xié)議體系是基于分組網(wǎng)的多媒體通信系統(tǒng)，它定義了分組網(wǎng)上提供的多媒體服務(wù)的終端與設(shè)備的功能部件，通信過程和在分組網(wǎng)上提供聲音，圖像和數(shù)據(jù)通信所需的協(xié)議。它適應(yīng)能提供可靠傳輸(TCP)和不可靠傳輸(UDP)機(jī)制的分組交換網(wǎng)絡(luò)。支持INTERNET網(wǎng)絡(luò)上的視頻會(huì)議，為INTERNET，INTRANET網(wǎng)絡(luò)上的多媒體通信產(chǎn)品的互通提供了標(biāo)準(zhǔn)。

　　H.323提供了多種媒體編碼方式，對(duì)于音頻可采用G.711，G722，G728和G.729等，對(duì)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(shù)據(jù)傳輸采用Y.120系列中的T.123，T.126，T.125協(xié)議等，它們的不同組合為不同質(zhì)量的傳輸應(yīng)用提供了多種選擇。

　　ATM接入技術(shù)

　　ATM(異步傳輸模式)將成為下一代寬帶網(wǎng)的主要傳輸模式。ATM 網(wǎng)絡(luò)采用固定信元和異步方式保證傳輸?shù)男剩勺龉潭◣挿峙洌哂懈邘挘咝什⑻峁㏎oS的保證，特別適宜高速，實(shí)時(shí)的多媒體通信應(yīng)用。ATM可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)155～622Mb/s的交換速率。使用ATM網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)時(shí)分布系統(tǒng)，優(yōu)勢(shì)在于減少了宿主機(jī)的承載量，從而，給應(yīng)用者提供實(shí)時(shí)服務(wù)，同時(shí)還支持 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

圖4 邏輯子網(wǎng)(LIS)

　　IPOVER ATM 技術(shù)，如圖所示:邏輯子網(wǎng)(LIS)是根據(jù)用戶和網(wǎng)絡(luò)管理者的連接要求，由直接連接到ATM網(wǎng)絡(luò)的任何主機(jī)，路由器組合而成。每個(gè)LIS內(nèi)均有一個(gè)ARP 服務(wù)器負(fù)責(zé)IP地址和ATM地址的解析。IP包可以在點(diǎn)到點(diǎn)的ATM 的永久虛通道(PVC)和ATM 交換虛通道(SVC)上傳送。

　　MCU(多點(diǎn)控制單元)

　　多點(diǎn)控制單元(MCU)是視頻通訊系統(tǒng)的主要控制和轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。通過MCU可使多個(gè)制造企業(yè)加入會(huì)議系統(tǒng)，從而使系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性。MCU的功能是實(shí)現(xiàn)各終端之間的信息控制與交換。具體來說：混合多點(diǎn)的音頻信號(hào)：從接收到的各路視頻信號(hào)中選出所需的一路信號(hào)：將傳送到各有關(guān)用戶的上述視頻音頻信號(hào)混合組成一個(gè)復(fù)合的輸出信號(hào)。

　　MCU對(duì)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(shí)分配給若干用戶：二是橋(Bridge)方式，即將多個(gè)用戶的多媒體信息合成后再分配給多個(gè)在線用戶。

　　新型的MCU，如Accord公司的MGC-100采用了一些先進(jìn)技術(shù)如:內(nèi)置網(wǎng)關(guān)技術(shù)：多重編碼的轉(zhuǎn)換：動(dòng)態(tài)分屏技術(shù)：防火墻解決技術(shù)等。可實(shí)現(xiàn)H.320網(wǎng)絡(luò)與H.323網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。

　　6 結(jié)束語

　　遠(yuǎn)程視頻技術(shù)作為一種良好的協(xié)作工具在網(wǎng)絡(luò)數(shù)控中應(yīng)用，不但使操作人員可以更為全面地了解數(shù)控機(jī)床的運(yùn)作情況，而且為遠(yuǎn)程的監(jiān)測(cè)和操作提供了直觀的環(huán)境。同時(shí)，實(shí)時(shí)的視頻音頻傳輸有利于遠(yuǎn)程故障診斷和解決方案的及時(shí)反饋。在現(xiàn)階段，是一種提高企業(yè)敏捷性的有效手段。本系統(tǒng)已在本校校園網(wǎng)上通過測(cè)試，在 128kbps，384kbps，512kbps的傳輸速度下均獲得了清晰、穩(wěn)定的圖像。