CN113852651B - 一种基于边缘网关的fanuc代理服务实现***及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于边缘网关的FANUC代理服务实现***及其方法，***包括上位机服务器、边缘网关和工业路由器，若干CNC机床通过工业路由器连接边缘网关，FANUC代理服务程序运行在边缘网关上，上位机服务器和边缘网关通过网络连接，用户终端通过网络应用或者WEB方式访问上位机服务器，上位机服务器与边缘网关上的FANUC的代理服务程序通信连接，通过代理服务程序操作相应的CNC机床获取或者设置相应的信息。本发明充分的利用边缘网关服务器的性能来效降低上位机服务软件在管理多CNC机床的压力。上位机服务软件通过FANUC代理服务程序来操作CNC机床，可以做到和生产环境的隔离，加强安全性。

Description

一种基于边缘网关的FANUC代理服务实现***及其方法
技术领域
本发明涉及工业互联网技术领域，尤其涉及一种基于边缘网关的FANUC代理服务实现***及其方法。
背景技术
公开号为CN108710362A的专利， 基于工业互联网平台的数控机床联网诊断方法，，属于计算机技术领域。本发明的基于工业互联网平台的数控机床联网诊断方法，所述方法通过数控机床边缘计算设备采集机床参数，基于互联网平台提供的PASS服务进行分析处理，开放给应用进行业务创新，最终完成对机床的效率分析、报表看板、故障诊断、预测维修、工艺改进、远程运维。但是，在功能方面集中在机床的诊断方面，功能方便有所限制，如果增加需求的情况下，需要前端的诊断***需要变更需求，采集就需要做相应的修改。
公告号为CN104298173B的专利， 涉及面向网络化实时监控的数控机床加工过程参数采集方法，该方法基于一台服务器是实现对多台不同控制***类型、不同的通讯接口方式的数控机床的加工状态的网络化实时监控，并能够基于特定后处理格式的NC程序和规则的程序名称完成包含FANUC、SIEMENS、HEIDENHAIN***机床的工艺过程参数的实时采集和记录，实现了工艺过程参数在流程中自动传递、存储和重用，该方法具有实时性、直观性、完整性和准确性等特点。然而，需要特定的协议方式来获取和设置信息。
公告号为CN106371399B的专利， 适用于计算机软件与数控技术领域，提供了一种数控设备加工信息采集***及方法，该***包括：数控设备加工信息采集装置、及第一服务器，所述数控设备加工信息采集装置定时采集数控设备的当前状态参数，并将所述当前状态参数发送给所述第一服务器，第一服务器根据接收的所述当前状态参数获取数控设备当前所处状态。可它是采集和数据处理在同一服务器上的，如果需要连接大量的CNC设备，服务处理会产生很大的压力.如果业务逻辑发生小的变化，这个***都需要更新和重新部署。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于边缘网关的FANUC代理服务实现***及其方法。
本发明采用的技术方案是：
一种基于边缘网关的FANUC代理服务实现***，***包括上位机服务器、边缘网关和工业路由器，若干CNC机床通过工业路由器连接边缘网关，FANUC代理服务程序运行在边缘网关上，上位机服务器和边缘网关通过网络连接，用户终端通过网络应用或者WEB方式访问上位机服务器，上位机服务器与边缘网关上的FANUC的代理服务程序通信连接，通过代理服务程序操作相应的CNC机床获取或者设置相应的信息。
进一步地，上位机服务器配置上位机服务软件。
进一步地，上位机服务软件和FANUC代理服务程序建立连接会话，操作结束后释放会话。不需要维护会话和多台CNC设备的连接， 降低上位机服务器的运行压力，让上位机服务器运作更为简单，高效，稳定。上位机服务软件支持完整的focas1/2功能充分满足上位机服务软件对FANUC机床控制和信息管理的弹性需求。
一种基于边缘网关的FANUC代理服务实现方法，其包括以下步骤：
步骤1，上位机服务软件向FANUC代理服务程序发送连接CNC机床请求，FANUC代理服务程序创建和对应的CNC机床的连接，连接成功后由CNC机床创建一个专门用于处理该连接操作的线程，并返回一个用于标识该连接的句柄给上位机服务软件。
步骤2，上位机服务软件将操作的标识(tag字段)和句柄参数FlibHndl封装生成操作数据包，
步骤3，将操作数据包打包为http post数据包作为http post消息发送至FANUC代理服务程序；
步骤4，FANUC代理服务程序在收到http post消息后，解包获取需要执行的操作(tag字段描述)和执行该操作所需要的参数(FlibHndl句柄等)并操作对应CNC机床动作
步骤5，CNC机床执行完之后返回操作的结果码和结果数据，
步骤6，FANUC代理服务程序封装操作的结果码和返回的结果数据生成响应数据包；
步骤7，FANUC代理服务程序将响应数据包打包为http respond数据包作为httprespond消息发送至上位机服务软件。
进一步地，步骤1中FANUC代理服务程序启动一个http的监听以探测上位机服务软件的http post消息后。
进一步地，步骤1中每次正确的连接后产生一个新的句柄值，句柄标识一直有效，直至上位机服务软件调用disconnect来断开CNC的连接。
进一步地，对CNC机床的操作都必须使用句柄来标识， 对同一CNC机床支持多个连接，且每个连接返回不同的句柄值；通过多个不同句柄值的不同连接并发处理提高效率，单一连接句柄在并发的时候按照先来先服务的原则来操作，避免同时操作临界区资源造成数据异常。
进一步地，上位机服务软件在做所有的CNC操作之前必须先连接CNC获取操作该CNC机床的句柄，然后再通过该句柄操作所需要操作的CNC。
进一步地，步骤2中上位机软件采用JSON格式封装操作的标识和句柄参数生成操作数据包。
进一步地，其还包括断开连接步骤：上位机服务软件通过发送断开CNC机床的操作数据包给FANUC代理服务程序，FANUC代理服务程序器就断开与对应CNC机床的连接，释放资源，停止对应的操作线程，释放句柄。
本发明采用以上技术方案，边缘网关服务器上部署FNAUC代理服务程序，充分的利用边缘网关服务器的性能来效降低上位机服务软件在管理多CNC机床的压力。上位机服务软件通过FANUC代理服务程序来操作CNC机床，可以做到和生产环境的隔离，加强安全性。支持FANUC focas1/2的库函数的所有功能，通过http的方式来提供的连接和数据传输服务，协议数据通过JSON的方式封装，通过序列化和反序列化的数据结构内容，并支持多并发操作。上位机服务软件和FANUC代理服务程序建立连接会话，操作结束后就可以释放会话，不需要维护会话和多台CNC设备的连接， 降低上位机服务器的运行压力，让上位机服务器运作更为简单，高效，稳定，支持完整的focas1/2功能充分满足上位机服务软件对FANUC机床控制和信息管理的弹性需求。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明一种基于边缘网关的FANUC代理服务实现***的结构示意图；
图2为本发明一种基于边缘网关的FANUC代理服务实现方法的流程示意图；
图3为CNC机床有一条报警信息；
图4为FANUC代理服务程序接收到的一条连接报文；
图5为抓取到的8193端口的报文；
图6为模拟的上位机服务程序接收到的连接返回的报文；
图7为上位机服务程序发送的状态信息获取报文；
图8为FANUC代理服务程序查询状态的focas1/2协议报文；
图9为最后上位机服务程序接收到的返回信息。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种基于边缘网关的FANUC代理服务实现***，***包括上位机服务器、边缘网关和工业路由器，若干CNC机床通过工业路由器连接边缘网关，FANUC代理服务程序运行在边缘网关上，上位机服务器和边缘网关通过网络连接，用户终端通过网络应用或者WEB方式访问上位机服务器，上位机服务器与边缘网关上的FANUC的代理服务程序通信连接，通过代理服务程序操作相应的CNC机床获取或者设置相应的信息。
进一步地，上位机服务器配置上位机服务软件。
进一步地，上位机服务软件和FANUC代理服务程序建立连接会话，操作结束后释放会话。不需要维护会话和多台CNC设备的连接， 降低上位机服务器的运行压力，让上位机服务器运作更为简单，高效，稳定。上位机服务软件支持完整的focas1/2功能充分满足上位机服务软件对FANUC机床控制和信息管理的弹性需求。
如图2所示，一种基于边缘网关的FANUC代理服务实现方法，其包括以下步骤：
步骤1，上位机服务软件向FANUC代理服务程序发送连接CNC机床请求，FANUC代理服务程序创建和对应的CNC机床的连接，连接成功后由CNC机床创建一个专门用于处理该连接操作的线程，并返回一个用于标识该连接的句柄给上位机服务软件。
步骤2，上位机服务软件将操作的标识(tag字段)和句柄参数FlibHndl封装生成操作数据包，
步骤3，将操作数据包打包为http post数据包作为http post消息发送至FANUC代理服务程序；
步骤4，FANUC代理服务程序在收到http post消息后，解包获取需要执行的操作(tag字段描述)和执行该操作所需要的参数(FlibHndl句柄等)并操作对应CNC机床动作
步骤5，CNC机床执行完之后返回操作的结果码和结果数据，
步骤6，FANUC代理服务程序封装操作的结果码和返回的结果数据生成响应数据包；
步骤7，FANUC代理服务程序将响应数据包打包为http respond数据包作为httprespond消息发送至上位机服务软件。
进一步地，步骤1中FANUC代理服务程序启动一个http的监听以探测上位机服务软件的http post消息后。
进一步地，步骤1中每次正确的连接后产生一个新的句柄值，句柄标识一直有效，直至上位机服务软件调用disconnect来断开CNC的连接。
进一步地，对CNC机床的操作都必须使用句柄来标识， 对同一CNC机床支持多个连接，且每个连接返回不同的句柄值；通过多个不同句柄值的不同连接并发处理提高效率，单一连接句柄在并发的时候按照先来先服务的原则来操作，避免同时操作临界区资源造成数据异常。
进一步地，上位机服务软件在做所有的CNC操作之前必须先连接CNC获取操作该CNC机床的句柄，然后再通过该句柄操作所需要操作的CNC。
进一步地，步骤2中上位机软件采用JSON格式封装操作的标识和句柄参数生成操作数据包。
进一步地，其还包括断开连接步骤：上位机服务软件通过发送断开CNC机床的操作数据包给FANUC代理服务程序，FANUC代理服务程序器就断开与对应CNC机床的连接，释放资源，停止对应的操作线程，释放句柄。
本发明的实现方法的特点：
1. 上位机服务软件只需要和边缘网关上的FANUC代理服务程序交互就可以操作CNC设备.由FANUC代理服务程序来维持连接和操作CNC机床的，降低了上位机的服务软件的运行压力，也加强了安全性。
2. FANUC代理服务程序建立http的监听，接收post方式来发送来的协议数据包，并通过respond消息返回通信结果。操作完后后就可以释放连接，降低上位机服务软件实现难度和维护的复杂度。由于采用的HTTP协议来通信，方便以WEB后台方式实现的上位机服务软件的访问。
3. 采用JSON方式来封装协议数据。通过数据的序列化和反序列化处理，避免了不同语言编写的程序在数据处理方面的差异，上位机服务软件只需要支持JSON，就可以轻松的解析和封装协议。
4. 支持focas1/2函数库的全部功能，通过功能动态绑定处理来实现函数和操作标记(tag标识)的对应，在上位机需求发生变化的时候，需要使用新的FANUC代理服务程序无需修改。
5. 将业务逻辑归集到上位机服务上，将设备的相关操作归集到FANUC代理服务程序上，达到业务和处理的分离，方便了业务的变更和新增，降低上位机程序对设备的维护开销，提高了上位机服务软件的性能。
6. FANUC代理服务程序采用多线程架构，支持并发连接， 每个句柄对应一个操作线程，支持不同句柄并发操作，也支持同一句柄的并发操作。提高了并发执行的效率同时避免了由于gc机制导致非托管数据被***自动释放导致连接关闭，避免的重复申请和释放句柄。
下面就本发明的具体效果做说明：
以上位机服务软件(利用Postman模拟) 获取CNC机床***状态为例说明获取的过程和交互数据报文内容(IP地址192.168.136.140，端口8193)。
如图3所示，CNC机床有一条报警信息。如果操作执行正确，上位机服务软件会在返回的状态的报文中获取到该报警信息。
如图4所示，首先FANUC代理服务程序在8189端口(默认使用该端口，可以配置)上接收到了一条连接报文。报文格式为HTTP POST， Content字段的格式是”application/json”， type字段标明了是连接协议，tag标明要进行cnc_allclibhnd13操作， parm字段为执行这个操作所需要的参数，包含ip地址(192.168.136.140)，port端口号(8193)，和连接超时时间(10)。
如图5所示，从抓取到的8193端口的报文可以看出FANUC代理服务程序解析到连接CNC操作后，建立了和192.168.136.140的CNC机床的连接 (TCP三次握手)。
如图6所示，从模拟的上位机服务软件接收到的连接返回的报文上看出，FANUC代理服务程序返回了HTTP 200 OK说明协议解析正确， Content内容的type字段标识了connect_resp是连接返回信息的报文，tag标识了执行了cnc_allclibhndl3操作和该tag和HTTP POST的时候一致， ret返回的结果码为0值(操作成功)，out字段标识了操作的返回数据。FlibHndl为连接句柄，后续对这台CNC机床的操作需要在param字段带上这个参数。
如图7所示，获取句柄之后上位机服务软件就可以发送状态信息获取报文了。获取状态报文也是HTTP POST报文， 只是Contect的内容发生了变化，从内容来看，type标明了是获取状态的stat报文，具体执行的操作是cnc_statinfo， param参数列表内包含了执行该操作的CNC机床的句柄为32769(FlibHndl字段)。
如图8所示，FANUC代理服务程序获取到句柄32769(FlibHndl值)所对应的CNC的机床的IP地址(192.168.136.140)和端口(8193)，发送了查询状态的focas1/2协议报文。
如图9所示，最后上位机服务软件接收到的返回信息， 从Content内容上看FANUC代理服务程序解析的报文状态是正确的(HTTP 200 OK)，在Content内容中type字段为stat_resp，为状态返回报文，执行cnc_statinfo操作，ret操作执行的结果为0， 操作正确.Out字段中的alarm字段为1，代表当前获取的机床有告警信息， 与CNC机床上的状态一致。
本发明采用以上技术方案，具有如下优点：优点1：通信协议为通用的格式，http和json的都是很普遍的技术，无论上位机服务软件使用的是何种语言都可以很容易的使用。优点2：数据处理和数据采集分离，数据处理部分得业务逻辑修改不影响到采集端。支持focas1/2的全部功能，数据处理端的新增需求几乎不需要修改就可以支持。优点3：和边缘网关相结合充分利用边缘网关的运算能力，还可以隔离生产***和信息***的目的。优点4：由FANUC代理服务程序来维护和维持CNC机床的连接，降低了上位机服务软件的维护和连接的工作负荷。优点5：支持并发处理，支持多连接操作，提高上位机服务软件获取多CNC机床的效率。
尽管已经结合实施例对本发明进行了详细地描述，但是本领域技术人员应当理解的是，本发明并非仅限于特定实施例，相反，在没有超出本申请精神和实质的各种修正、变形和替换都落入到本申请的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种基于边缘网关的FANUC代理服务实现方法，采用的***包括上位机服务器、边缘网关和工业路由器，若干CNC机床通过工业路由器连接边缘网关，FANUC代理服务程序运行在边缘网关上，上位机服务器和边缘网关通过网络连接，用户终端通过网络应用或者WEB方式访问上位机服务器，上位机服务器与边缘网关上的FANUC的代理服务程序通信连接，通过代理服务程序操作相应的CNC机床获取或者设置相应的信息;其特征在于：方法包括以下步骤：
步骤1，上位机服务软件向FANUC代理服务程序发送连接CNC机床请求，FANUC代理服务程序创建和对应的CNC机床的连接，连接成功后由CNC机床创建一个专门用于处理该连接操作的线程，并返回一个用于标识该连接的句柄给上位机服务软件；
步骤2，上位机服务软件将操作的标识和句柄参数封装生成操作数据包；
步骤3，将操作数据包打包为http post数据包作为http post消息发送至FANUC代理服务程序；
步骤4，FANUC代理服务程序在收到http post消息后，解包获取需要执行的操作和执行该操作所需要的参数并操作对应CNC机床动作；
步骤5，CNC机床执行完之后返回操作的结果码和结果数据；
步骤6，FANUC代理服务程序封装操作的结果码和返回的结果数据生成响应数据包；
步骤7，FANUC代理服务程序将响应数据包打包为http respond数据包作为httprespond消息发送至上位机服务软件。
2.根据权利要求1所述的一种基于边缘网关的FANUC代理服务实现方法，其特征在于：上位机服务器配置上位机服务软件。
3.根据权利要求1所述的一种基于边缘网关的FANUC代理服务实现方法，其特征在于：上位机服务软件和FANUC代理服务程序建立连接会话，操作结束后释放会话。
4. 根据权利要求1所述的一种基于边缘网关的FANUC代理服务实现方法，其特征在于：步骤1中FANUC代理服务程序启动一个http的监听以探测上位机服务软件的http post消息后。
5.根据权利要求1所述的一种基于边缘网关的FANUC代理服务实现方法，其特征在于：步骤1中每次正确的连接后产生一个新的句柄值，句柄标识一直有效，直至上位机服务软件调用disconnect来断开CNC的连接。
6. 根据权利要求1或5所述的一种基于边缘网关的FANUC代理服务实现方法，其特征在于：对CNC机床的操作都必须使用句柄来标识， 对同一CNC机床支持多个连接，且每个连接返回不同的句柄值；通过多个不同句柄值的不同连接并发处理提高效率，单一连接句柄在并发的时候按照先来先服务的原则来操作，避免同时操作临界区资源造成数据异常。
7.根据权利要求1所述的一种基于边缘网关的FANUC代理服务实现方法，其特征在于：上位机服务软件在做所有的CNC操作之前必须先连接CNC获取操作该CNC机床的句柄，然后再通过该句柄操作所需要操作的CNC。
8.根据权利要求1所述的一种基于边缘网关的FANUC代理服务实现方法，其特征在于：步骤2中上位机软件采用JSON格式封装操作的标识和句柄参数生成操作数据包。
9.根据权利要求1所述的一种基于边缘网关的FANUC代理服务实现方法，其特征在于：其还包括断开连接步骤：上位机服务软件通过发送断开CNC机床的操作数据包给FANUC代理服务程序，FANUC代理服务程序器就断开与对应CNC机床的连接，释放资源，停止对应的操作线程，释放句柄。
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