具体实施方式

图1示出了机床系统10的非限制性概览，图示了示例性实施例。机床可以是铣床和钻床等。此处的机床包括用于减材和增材制造两者的机器。系统10可以包括控制节点100，其包括用于发送数据信号的发送单元1001和用于接收数据信号的接收单元1003。控制节点100可以物理地位于本地机床系统内部或远程连接到本地机床系统。控制节点100可以是例如本地计算机、服务器、中央定位的服务器、基于云的服务器、虚拟计算机等。数据信号可以是任何类型的数据包，例如包括包头和有效载荷，其适用于在机床系统10中传输信息，该数据包例如是基于Profibus、IEEE或TCP/IP等的数据包。数据信号400的示例性结构如图2所示，其中，包头402和有效载荷404被包括在数据信号中。包头和有效载荷的作用与传统的数据包相同，在此不再赘述。

在图1中，机床系统10还可以包括CNC机器12，在本公开中以下也称为机床或机器。该机器还可包括：可编程逻辑控制器(PLC)102，其包括用于接收数据信号的接收单元1021和用于中继数据信号的中继单元1023；和，包括用于接收数据信号的接收单元1041和用于发送数据信号的发送单元1043的数控(NC)104。控制节点100被配置为与机器交换数据信号以建立与机器的通信。控制节点100与机床系统10之间的连接可以是有线连接或无线连接。在不同的实施例中，控制节点100和机床系统10之间的通信可以基于根据IEEE802.3等的以太网、或根据802.11等的WiFi、蓝牙、TCP/IP(传输控制协议)/因特网协议)，不限于其他合适的格式。

图3示出了机床系统10中控制节点100和机器12之间的示例性通信。控制节点100和机器12之间的通信是双向的。通过路由单元106中继控制节点100和机器12之间发送的数据信号。路由单元106可以是任何类型的具有路由功能的设备，例如PLC、路由器、包括机床中继的设备等。在本公开中，PLC被用作中继数据信号的示例。控制节点100与机床系统10分别具有通信单元，用于相互通信。路由单元106具有用于在控制节点100和NC 104之间中继数据的通信接口。控制节点100和机床系统10之间的通信是根据一种方法建立的，下面将对该方法进行详细描述。也可以根据本公开的具体要求和环境采用控制节点100和机器12之间的通信的其他替代方案。例如，如果不需要路由单元106，则控制节点100和机器12可以在没有路由单元106的情况下直接通信。

通过图4所示的处理流程建立控制节点100和机器12之间的通信。在S100，机床系统10将机床系统10中机器12的标识符通知控制节点100，所述机器包括PLC 102和NC 104；然后在S110，控制节点100基于标识符检索包括机器属性的机器配置文件；在S120，控制节点100通过解释机器配置文件来确定在机床系统10中用于传递信息的数据信号400的数据结构；并且在S130，从控制节点100向机器12确认通信已经建立。在一个实施例中，在控制节点100和机器12之间，优选地在控制节点100和PLC 102之间需要ping命令，以确保通信链路启动并运行。为了检测是否存在通信错误，可以以可配置的时间间隔向机器发送ping，只有在此时间间隔内没有其他PLC接口活动时才会发送ping。ping也可以作为PLC ACK数据信号发送到具有列出的动作类型的PLC。PLC 104一检测到ping就可以用相同的动作类型发回确认。此外，由可在机器中运行的刀架数量定义机器的数据信号。每个刀架定义为通道。在一些实施例中，ping仅在机器数据信号布局中的第一通道上发送。

它可以是通过通信接口交换的不同类型的数据信号。数据信号可以根据它们的用途和特性被划分成类。一些数据信号可以作为纯信息载体工作，在本公开中将其称为实时数据信号，例如主轴速度，而其他数据信号可能具有明确且专用的任务，在本公开中将其称为动作数据信号。在各种实施例中，动作数据信号可用于在PLC 102、NC 104或控制节点100上启动过程。数据信号类别规范还可指示数据信号的方向，这使得可能区分输入(到机器)和输出(来自机器)，即使它们基本上处理相同的事情。

这里所说的机器的数据信号布局包括从机器发送的数据信号和机器接收的数据信号两者。应当理解，说明书是非限制性的示例性实施例，本领域技术人员可能对其进行修改。对于机器的每个运动学特征，定义了一个数据信号的子集，然后将数据信号映射到机器控制系统中的存储器区域。在定义机器的数据信号时，运动学分为以下数据信号类别：机器识别、确认ACK动作、非确认ACK动作、切削刀具进给速率、轴位置和速度、轴负载/功率/扭矩和用于进给速率和主轴转速的倍增器。

在示例性实施例中，机器的动作数据信号和一些实时数据信号由可以在机器中操作的刀架的数量定义。每个刀架被定义为通道，该通道具有对应的一组数据信号。一些实时数据信号由机器的轴数定义。每个轴都有对应的一组数据信号，每个轴都有一个相关的实时数据信号。机器识别的数据信号如表1所示。

表1来自机器的机器识别数据信号列表

在实施例中，机器数据信号布局中的前两个数据信号形成每台机器的唯一序列号。机器识别数据信号可以包含接口版本、供将来使用的保留区域、制造商ID和机器ID。接口版本可以是一个字节并且在该实施例中由控制节点100使用它来识别安装在机器中的PLC接口的哪个版本。在此版本的PLC接口中，供将来使用的保留区域是设置为0的位。制造商ID为两个字节，它是机床制造商的序列号。机器ID是四个字节，它是特定机器的序列号。有关每个字节在机器标识数据信号中包含哪些信息的信息，请参见表2。

表2机器序列号信息

可能需要通过PLC接口以大端字节顺序串行发送序列号，首先发送代表PLC接口版本的位。不同的机器控制系统可以将数据信号以不同的字节顺序存储在其存储器中，机床制造商负责通过PLC接口以正确的方式发送序列号。

机器的机器数据信号布局和元数据被收集在机器配置文件中。机器配置文件可根据用户需要放置在任何位置。例如，它位于控制节点100上，或位于数据库或任何其他适合存储配置文件的存储中。

为了使控制节点100和PLC 102正确处理来回发送的数据信号，如果机器配置文件包括PLC 102使用哪个字节顺序来发送和接收数据信号的信息，则是有利的。基于此信息，通过PLC接口发送的数据信号将被转换到机器或从机器转换。有关支持的字节顺序，请参见表3，大端是首选字节顺序。无论在PLC 102中使用哪种字节顺序，机器识别数据信号总是需要以大端字节顺序加以发送。

表3支持的字节顺序列表。两个十六进制值表示相同的十进制值。

实时值有利地作为原始值发送，原始值可以转换为国际单位制SI单位。可以使用直线等式(y＝mx+b)进行转换。可以在机器配置中设置斜率(m)和截距(b)。

在非限制性实施例中，关于机器及其数据信号布局的信息可以被包括在机器配置文件中。机器配置文件在由机器配置工具生成后，可以被存储在PLC之外的某个地方，或者可以存储在PLC本地。机器配置文件可以用诸如XML、HTML等的任何标记语言编写，在本公开中，作为示例性实施例，用XML编写机器配置文件，它包含两个主要元素，如下面的示例所示。两个主要元素可能是机器数据和信号布局。

表4机器配置文件的示例

“MachineData”元素可能包括带有机器的元数据的子元素，如下例所示。

表5 MachineData的配置

数据信号布局元素可以包含对应于机器数据信号布局的所有子元素，如下面的非限制性示例中所见。每个元素都包含子元素，其带有有关机器配置中每个数据信号的信息。

表6数据信号布局的配置

以上机器数据配置的进一步非限制性示例如下所示。

“FromMachineInformationConfiguration”元素可以包括具有关于机器信息数据信号的信息的子元素，如下面的示例所示。

表7机器信息的配置

“FromMachineAcknowledgedActionConfigurations”元素可为每个通道包括一个子元素，如下面的示例所示。

表8来自机器的确认动作的配置

“ToMachineAcknowledgedActionConfigurations”元素为每个通道包括一个子元素，如下面的示例所示。

表9到机器的确认动作的配置

“ToMachineFeedMultiplicatorConfigurations”元素可为每个通道包括一个子元素，如下例所示。

表10进给速率倍增器的配置

“FromMachineActionConfigurations”元素可为每个通道包括一个子元素，如下例所示。

表11来自机器的动作的配置

“ToMachineActionConfigurations”元素可为每个通道包括一个子元素，如下例所示。

表12到机器的动作的配置

“ToMachineSpeedMultiplicatorConfigurations”元素可为每个主轴包括一个子元素，如下例所示。

表13主轴转速倍增器的配置

“FromMachineActualFeedConfigurations”元素可为每个通道包括一个子元素，如下例所示。

表14实际进给速率的配置

“FromMachineActualPositionOrSpeedConfigurations”元素可为每个轴包括一个子元素，如下例所示。

表15实际位置或速度的配置

“FromMachineActualLPTConfigurations”元素可以为每个驱动机器轴的电机包括一个子元素，如下例所示。

表16机器实际LPT配置

现在转向图5，图示了实施例，其中，示出了实现通信建立的装置20。装置20包括：通知单元202，其被配置为将机床系统10中机器的标识符通知控制节点，所述机器包括PLC102和NC 104；检索单元204，其被配置为根据所述标识符在控制节点100处检索包含机器属性的机器配置文件；确定单元206，其被配置为通过解释机器配置文件，确定机床系统10中传输信息的数据信号的数据结构；以及，确认单元208，其被配置为从控制节点向机器确认通信被建立。

图6图示了3轴立式铣床的示例，其中，602是刀具主轴并且604是工件。表17-18中还显示了3轴立式铣床的数据信号布局示例。该机器的运动结构包括带有两个线性轴(X、Y)的工件和带有一个线性轴(Z)的主轴(S)。本示例机器输出进给负载[％]。

表17来自三轴立式铣床的数据信号的布局

表18至3轴立式铣床的数据信号的布局

图7图示了5轴铣床的示例，其中，702是工具主轴并且704是工件。表19-20还显示了5轴铣床的数据信号布局示例。该机器的运动学结构包括：工件，其具有两个直线轴(X、Y)和一个旋转轴(C/S2)；以及主轴(S1)，其具有一个直线轴(Z)和一个旋转轴(B)。

旋转轴(C/S2)可以在位置模式和速度模式之间改变功能。位置模式和速度模式在默认机器配置中共享相同的实时输出信号。如果机床制造商需要，可以将两种模式设置为两个单独的实时输出信号。本示例机器使用两个单独的信号用于位置模式和速度模式，如轴C和主轴S2所示。本示例机器输出进给功率[W]。

表19来自5轴铣床的数据信号的布局

表20到5轴铣床的数据信号的布局

图8图示了5轴铣床的另一个示例，其中，802是工具主轴并且804是工件。表21-22还显示了5轴铣床的数据信号布局的另一个示例。该机器的运动结构包括：带有一个线性轴(Z)和两个旋转轴(A、B/S2)的工件；以及带有两个线性轴(X、Y)的主轴(S1)。

旋转轴(B/S2)可以在位置模式和速度模式之间改变功能。本示例机器输出进给扭矩[N-m]。

表21来自5轴铣床的数据信号的布局

表22到5轴铣床的数据信号的布局

图9图示了3轴龙门铣床的示例，其中，902是刀具主轴。表23-24中还示出了3轴龙门铣床的数据信号布局的示例。该机器的运动结构包括静止的工件和具有三个线性轴(X、Y、Z)的主轴(S)。

X轴中的运动由两个独立的电机驱动，这两个电机需要独立的负载/功率/扭矩数据信号。本示例机器输出进给负载[％]。

表23来自3轴龙门铣床的数据信号的布局

表24到3轴龙门铣床的数据信号的布局

图10图示了2轴车床的示例，其中，1002是工件主轴并且1004是工件。表25-26中还示出了2轴车床的数据信号布局的示例。该机器的运动结构包括主轴(S)中的工件和具有两个线性轴(X、Z)的工具。

本示例机器输出进给功率[W]。

表25来自2轴车床的数据信号的布局

表26到2轴车床的数据信号的布局

图11图示了4轴、2主轴、2通道车床的示例，其中，1102是工件主轴，1104和1106是工具转塔。4轴、2主轴、2通道车床的数据信号布局的示例也如表27-28所示。该机器的运动结构包括：两个工具转塔，每个工具转塔带有两个线性轴(X、Z和U、W1)；和两个工件主轴，其中，一个是静止主轴(S1)，一个是带有线性轴(W2)的主轴(S2)。

本示例机器输出进给扭矩[N-m]。

表27来自4轴、2主轴、2通道车床的数据信号的布局

表28到4轴、2主轴、2通道车床的数据信号的布局

图12图示了多任务TurnMill机器的示例，其中，1202是工具主轴，1204是工件主轴并且1206是工具转塔。表29-30中还示出了多任务TurnMill机床的数据信号布局示例。该机器的运动结构包括：具有三个直线轴(X1、Y1、Z1)和旋转轴(B)的工具主轴(S3)；具有两个直线轴(X2、Z2)的工具转塔；带有旋转轴(C1/S1,C2/S2)和线性轴(Z3)的两个工件主轴。

两个旋转轴(C1/S1、C2/S2)可以在位置模式和速度模式之间改变功能。本示例机器输出进给负载[％]。

表29来自多任务TurnMill机床的数据信号布局

表30到多任务TurnMill机床的数据信号布局

参考图13，示出了通信建立系统300。该系统可以包括通信接口370，其可以被认为包括用于与网络中的其他设备(例如控制节点100、PLC 102和NC 104或通信网络中的其他设备或节点)进行通信的常规装置。传统的通信装置可以包括至少一个发射器和至少一个接收器。通信接口可以进一步包括一个或多个储存库375和对通信建立系统300有用的进一步功能，以用于作为用于在控制节点100和机床系统10之间建立通信的装置的目的。

处理器350可执行的指令可以被布置为存储在所述至少一个存储器360中的计算机程序365。至少一个处理器350和至少一个存储器360可以被布置在布置355中。布置355可以是被配置为执行上述动作或方法的微处理器及其适当的软件和存储、可编程逻辑器件、PLD或其他电子组件/处理电路。

计算机程序365可以包括计算机可读代码装置，当在系统中运行时，该计算机可读代码装置使通信建立系统300执行在关于图4描述的方法中描述的步骤。计算机程序可以由可连接至至少一个处理器的计算机可读存储介质承载。计算机可读存储介质可以是至少一个存储器360。至少一个存储器360可以被实现为例如RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)或EEPROM(电可擦除可编程ROM))。此外，计算机程序可以由单独的计算机可读介质承载，例如CD、DVD或闪存，程序可以从该介质下载到至少一个存储器360中。

尽管在上面公开的实施例中描述的指令被实现为要由至少一个处理器350执行的计算机程序365，但在替代实施例中，指令中的至少一个可以至少部分地被实现为硬件电路。或者，计算机程序可以存储在服务器或连接到控制节点100通过其通信接口370访问的通信网络的任何其他实体上。计算机程序然后可以从服务器下载到至少一个存储器360中，由电子信号、光信号或无线电信号承载。

应当理解，本领域技术人员将容易想到另外的优点和修改。因此，在此呈现的公开及其更广泛的方面不限于在此示出和描述的具体细节和代表性实施例。因此，在不脱离由所附权利要求及其等同物限定的一般发明构思的精神或范围的情况下，可以包括许多修改、等同物和改进。