一种基于云计算的数控系统数据采集及处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于数控系统数据采集与处理技术领域，具体涉及一种数控系统的数据采集及处理方法。
【背景技术】
[0002]数控机床是一种高精度、高效率的自动化机床，随着计算机技术的发展，数控机床已实现了许多复杂的数控功能，如多种补偿功能、高次曲线插补功能、数字伺服控制功能等等，而这些功能均依赖于高性能微处理器的数据分析能力。嵌入式微处理器在数控机床领域的应用在很大程度上增强了数控系统实时性数据的计算速度与精度，间接改善了机床的加工速度与精度。但是，随着数控机床应用领域对数控系统的加工要求越来越高，单凭实时性数据的高性能处理已远远不能满足需求，所以采集数控系统的大数据并进行分析处理也是很必要的，比如插补后数据分析、机床加工效率分析、机床故障诊断与分析、G代码远程管理等。
[0003]当前主流高档数控系统多采用上下位机架构:上位机负责系统非实时性任务；下位机负责系统实时性的运动控制和逻辑控制任务，见图1。传统数控系统架构下的加工数据采集与处理需要配置至少一台高性能服务器，如图2所示，数控系统通过网络将加工数据被动上传至服务器，并由服务器对数据进行分析与存储。这种数据采集及处理方式与当前主流数控系统架构的兼容性比较好，搭建方式简单，在一定程度上体现了数控系统的智能化生产，但是上述传统数控加工数据的采集与处理方式存在很大的局限性:首先，数据处理平台的扩展性低，很难满足海量数据的应用需求；其次，当多台服务器参与数据采集与处理任务时，各个服务器之间保持相互独立，形成了车间信息资源实现统一管理的瓶颈；最后，大数据处理平台的建设成本较高。
[0004]云计算技术则可以在改善传统的车间数据采集与处理方面，发挥非常重要的作用。云计算是分布式处理、并行处理和网格计算的发展，云计算专家刘鹏给出如下定义云计算将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务。”云计算服务模式允许用户通过网络与远程服务器连接，并在服务器上完成数据的分析与计算，而不需要知道远程服务的来源。云计算可分为三个层次:即将基础设施作为服务(IAAS)、将平台作为服务(PAAS)、将软件作为服务(SAAS)。其中，IAAS提供给消费者的服务是对所有设施的利用，包括处理、存储、网络和其它基本的计算资源，用户能够部署和运行任意软件；PAAS提供给消费者的服务是把客户采用提供的开发语言和工具(例如Java，python等)开发的或收购的应用程序部署到供应商的云计算基础设施上去；SAAS提供给客户的服务是运营商运行在云计算基础设施上的应用程序，用户可以在各种设备上通过瘦客户端界面访问，如浏览器。根据制造领域的现状，制造商最关心的是在保持或降低生产成本的条件下，加强数控系统的数据采集与分析能力，因此，客户需要的是一个稳定的应用程序运行平台，没有操控云计算基础设备的需求，根据云计算三个层次的特点，PAAS即可满足。
[0005]CN104298175A中公开了一种基于虚拟化技术的数控系统，其中包括设置在本地的数控装置以及设置在远程的服务端，其与本地的数控装置通过网络互连，用于为数控系统提供高端加值功能服务，如快速编程、数据采集与处理、G代码质量分析与优化等，同时可承担传统上下位机数控系统中的部分非实时性任务，如译码、加工仿真、输入/预处理等；数控装置通过安装在所述数控装置上的远程桌面客户端访问服务端，该客户端通过利用虚拟化技术使操作人员可在数控装置的人交互设备上对服务端进行虚拟操作，实现对服务端的远程操作控制，两者协调配合实现智能软件服务的使用和数控加工控制。该方案中将许多非实时性任务转移到远程服务器上进行处理，从而可以大大提高数控系统的处理性能以及通用性。
[0006]但是，该方案中并没有涉及数据采集与处理的内容，实际上这种新的架构对数控系统的数据处理能力提出了更高的要求，其在数据处理以及车间资源的共享与统一等方面还存在缺陷和极大的改进空间:首先，该方案中的数据处理性能依然受限于本地上位机，无法得到大幅度提高；其次，该方案支持将系统部分非实时性任务交由远程服务器承担，这对本地数控装置与远程服务器之间的大数据传输效率提出了更高的要求，传统的数据传输方式难以满足实际需要；再次，该方案为了提高数据的处理效率，对远程服务器的性能要求较高，间接提高了车间数据处理平台的建设成本；另外，目前广泛使用的还是基于传统上下位机布局的数控系统架构，而该方案并没有打破传统架构下的系统数据处理能力的瓶颈。
[0007]申请人在先的系列申请201510111457.4中公开了一种基于虚拟上位机的数控系统，其通过将上位机以虚拟机的方式设置在远程服务器中，形成虚拟上位机，并通过与本地下位机利用网络进行通信，控制本地下位机，从而实现数控加工。这种上下位机架构的数控系统对传统的上下位机结构进行了全新的设计，使得数控系统的数据处理性能和加工效率大大提高，而且可以解决HMI功能扩展以及远程加工受限的问题，同时也为数控系统的远程数据采集及处理奠定了基础。
【发明内容】
[0008]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种基于云计算的数控系统数据采集与处理方法，其通过运行在远程服务器中的虚拟机集群实现车间数据的并行计算与分布式存储，从而大大提高数控系统的数据处理速度与性能，克服目前数控系统数据采集和处理效率过低，难以满足大数据需求的瓶颈问题。
[0009]按照本发明的一个方面，提供一种基于云计算的数控系统数据采集及处理系统，其通过运行在远程服务器中的虚拟机集群进行分布式计算，实现对数控系统的数据采集与分布式并行处理，并通过云存储技术实现车间大数据的分布式存储，其特征在于，该系统包括由远程服务器集群搭建而成的云平台，该云平台包括计算服务器集群(以下称为并行计算平台)和存储服务器集群(以下称为分布式存储平台)，其中，所述并行计算平台中设置有虚拟机集群，所述虚拟机集群具有多个分布式并行计算单元，用于数据的并行处理，且该并行计算平台分别与数控系统和分布式存储平台连接通信，所述分布式存储平台用于对采集或分析处理后的车间数据进行分布式存储；
[0010]所述数控系统可以是具有本地下位机和远程虚拟上位机的数控系统，其中所述虚拟上位机也设置在所述云平台上，且该虚拟上位机与本地下位机通过网络连接，用于执行数控系统非实时/半实时性任务，并将控制信号发送至本地下位机，使本地下位机执行系统实时性的运动控制和逻辑控制，所述虚拟上位机中集成有数据采集模块，用于实时采集机床加工过程数据，并将采集到的数据通过网络传输至所述分布式存储平台进行分布式存储，并用于并行计算平台中的并行计算单元进行分析处理；
[0011]所述数控系统也可为具有本地上位机和本地下位机的数控系统，其中本地上位机用于实时采集机床加工过程数据，并将采集到的数据通过网络上传至所述分布式存储平台进行分布式存储，并通过并行计算平台中的并行计算单元进行分析处理。
[0012]作为本发明的改进，虚拟上位机也可以位于独立的远程服务器上，并与所述并行计算平台中的并行计算单元和分布式存储平台分别通过网络连接以进行数据传输。
[0013]作为本发明的改进，所述并行计算平台中的单台计算服务器可同时运行多个虚拟机，使得单台服务器也可执行数据的并行计算。
[0014]作为本发明的改进，所述分布式存储平台中具有多个远程存储服务器，以进行分布式存储，同时可为车间数据提供多节点备份功能。
[0015]作为本发明的改进，所述并行计算平台和分布式存