網(wǎng)絡(luò)數(shù)控制造系統(tǒng)中常用DNC通訊接口模式

網(wǎng)絡(luò)數(shù)控制造系統(tǒng)中常用DNC通訊接口模式關(guān)鍵字：DNC通訊接口網(wǎng)絡(luò)數(shù)控制造DNC分布式數(shù)字控制（DiSTributedNumericalControl）,是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等為基礎(chǔ)，把數(shù)控機(jī)床與上層控制計(jì)算機(jī)集成起來，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的集中控制、管理，以及數(shù)控機(jī)床與上層控制計(jì)算機(jī)間的信息交換。它是現(xiàn)代機(jī)械加工企業(yè)實(shí)現(xiàn)設(shè)備集成、信息集成、功能集成的一種新方法，是制造自動(dòng)化的重要模式，也是實(shí)現(xiàn)CIMS等集成制造系統(tǒng)的重要組成部分。在過去十幾年，人們將大量的精力投向FMS（FlexibleManufactureSystem）系統(tǒng)的研究，但實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，F(xiàn)MS的這種不僅注重信息流的集成，更強(qiáng)調(diào)物流的集成與自動(dòng)化，雖然具有運(yùn)行效率高和自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，但投資風(fēng)險(xiǎn)大、見效慢、可靠性較差。相對于FMS,DNC是投資小、見效快、并具有較好柔性的集成制造系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，DNC的內(nèi)涵和功能也在不斷擴(kuò)大，目前DNC系統(tǒng)已具備制造數(shù)據(jù)傳送、狀態(tài)數(shù)據(jù)采集與處理、刀具管理、生產(chǎn)調(diào)度與監(jiān)控、單元控制和CAD/CAPP/CAM接口等功能。在分析現(xiàn)有DNC主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)通信接口功能的基礎(chǔ)上，從DNC通信接口功能的角度可將DNC分為基本DNC、狹義DNC和廣義DNC三種?；緝?nèi)容如表1所示。表1DNC分類目前，在實(shí)際DNC系統(tǒng)集成應(yīng)用中，常采用基于串行口通訊的接口模式、以太網(wǎng)絡(luò)模式。筆者重點(diǎn)對以上DNC的二種通訊接口模式分別介紹。1基于串行口通訊的DNC接口模式利用數(shù)控機(jī)床提供的RS232C或RS485接口，采用點(diǎn)對點(diǎn)型或星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)串行通信。這是目前在車間中應(yīng)用最多的一種通信方法，但這種通信方法存在工控微機(jī)多、投入成本高、管理和維護(hù)工作量大和易于出錯(cuò)等缺點(diǎn)。目前使用的數(shù)控系統(tǒng)大多帶有RS232C串行通信接口。利用該RS232C接口可直接實(shí)現(xiàn)基本DNC通信和狹義DNC通信功能。1.1帶串口擴(kuò)展卡的DNC通訊接口模式帶串口擴(kuò)展卡的DNC接口模式是上世紀(jì)90年代中期出現(xiàn)的模式，，在當(dāng)時(shí)大家還普遍使用單機(jī)傳輸?shù)哪甏?，此方式是一種創(chuàng)新，可以說它代表了當(dāng)時(shí)我國DNC產(chǎn)品的最高水平。MOXAC320Turbo卡（或其它多路串行通訊卡）是通過ISA（或PCI）插卡的方式與計(jì)算機(jī)連接，再通過一根帶屏蔽的10芯電纜線連接通訊模塊，每個(gè)通訊模塊帶8個(gè)通訊口，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)通訊模塊級聯(lián)，每個(gè)通訊口最多帶8個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)計(jì)算機(jī)又可以擴(kuò)展4個(gè)ISA（或PCI）插卡，這樣一臺(tái)計(jì)算機(jī)最多可以擴(kuò)展256個(gè)RS-232接口。通訊模塊與計(jì)算機(jī)之間距離不能太長，一般在十幾米左右。1.2帶串口服務(wù)器的DNC通訊接口模式串口服務(wù)器的功能是將來自TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包，解析為串口數(shù)據(jù)流；反之，也可以將串口數(shù)據(jù)流打成TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸，它能將多個(gè)串口設(shè)備連接并能對串口數(shù)據(jù)流進(jìn)行選擇和處理，把現(xiàn)有的RS232接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為IP端口的數(shù)據(jù)，這樣就能夠?qū)鹘y(tǒng)的串行數(shù)據(jù)送上流行的IP通道，而無須過早的淘汰原有的不帶以太網(wǎng)模塊的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)備，從而提高現(xiàn)有設(shè)備的利用率，節(jié)約了投資，簡化了布線，。在數(shù)據(jù)處理方面，串口服務(wù)器完成的是一個(gè)面向連接的RS232鏈路和面向無連接以太網(wǎng)之間的通訊數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)控制，系統(tǒng)對來自串口設(shè)備的串口數(shù)據(jù)流進(jìn)行處理，并進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，使之成為可以在以太網(wǎng)中傳播的數(shù)據(jù)幀，對來自以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行判斷，并轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)送達(dá)響應(yīng)的串口設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用方面，串口服務(wù)器將具有TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)接口映射為Windows操作系統(tǒng)下的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)串口，應(yīng)用程序可以像對普通串口一樣對其進(jìn)行收發(fā)和控制，因此，串口服務(wù)器在數(shù)控系統(tǒng)組網(wǎng)中的功能是把來自數(shù)控系統(tǒng)的任何信息透明地傳輸?shù)骄钟蚓W(wǎng)上的任何一個(gè)計(jì)算機(jī)，也可以把來自局域網(wǎng)的任何信息透明地傳輸給數(shù)控設(shè)備；相當(dāng)于局域網(wǎng)和串口設(shè)備的網(wǎng)關(guān)通過為串口服務(wù)器配置IP地址，使數(shù)控機(jī)床成為局域網(wǎng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，從而擁有局域網(wǎng)的部分功能，實(shí)現(xiàn)資源共享。例如M0XACN2516多路串口服務(wù)器，在組網(wǎng)時(shí)它可以是局域網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過HUB或交換機(jī)來與NC程序管理計(jì)算機(jī)相連，這樣，它可以放在車間的任一固定位置上，大大減少了車間到管理中心部門的布線，另外，CN2516還可以在多臺(tái)計(jì)算機(jī)上安裝其驅(qū)動(dòng)程序，多臺(tái)計(jì)算機(jī)可同時(shí)進(jìn)行監(jiān)視控制，給用戶的維護(hù)工作帶來方便，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖3帶串口服務(wù)器的廣義DNC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖串口服務(wù)器真正的優(yōu)勢以及價(jià)值的體現(xiàn)并不是表現(xiàn)在直連方式的應(yīng)用上，將設(shè)備連接到以太網(wǎng)上是它重要的目的，通過串口服務(wù)器將數(shù)控設(shè)備連接到以太網(wǎng)上，其接線方式非常簡單，只需要將串口服務(wù)器連接到集線器或者交換機(jī)上即可，通過設(shè)置串口服務(wù)器的IP地址，就可使串口服務(wù)器成為以太網(wǎng)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，從而使連接到該串口服務(wù)器的數(shù)控系統(tǒng)連接到以太網(wǎng)上，通過該組網(wǎng)方式能夠?qū)⒉煌臄?shù)控系統(tǒng)，不同形式的串口（如RS232、RS422和RS485），連接到以太網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的異構(gòu)組網(wǎng)。該組網(wǎng)方式可以將整個(gè)企業(yè)的數(shù)控系統(tǒng)連接到網(wǎng)絡(luò)上，在組網(wǎng)過程中，除了可以利用交換機(jī)和集線器擴(kuò)展外，還可以利用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，如M0XAEDS508,可以擴(kuò)展不同型號的串口服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的靈活組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源的共享和對所有數(shù)控系統(tǒng)的集中管理、控制，為網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)搭建平臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖4帶串口服務(wù)器的廣義DNC以太網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖2基于串口服務(wù)器的以太網(wǎng)DNC模式隨著工業(yè)以太網(wǎng)的快速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)正在逐步統(tǒng)一到工業(yè)以太網(wǎng)，并正在向下逐漸延伸?；诠I(yè)以太網(wǎng)和TCP/IP技術(shù)在DNC通信系統(tǒng)的應(yīng)用研究已成為DNC技術(shù)研究的新方向，以太網(wǎng)速度從原始的10Mbps提高到100Mbps以至到今天的1000Mbps,足夠的帶寬和交換式集線器的應(yīng)用解決了以太網(wǎng)的不確定問題，使以太網(wǎng)有能力滿足實(shí)時(shí)系統(tǒng)的要求，其次，以太網(wǎng)交換機(jī)為連接在其端口上的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供了獨(dú)立的帶寬，連接在同一交換機(jī)上面的不同設(shè)備不存在資源爭奪，這就相當(dāng)于每個(gè)設(shè)備獨(dú)占一個(gè)網(wǎng)段；再次，全雙工通信技術(shù)又為每一個(gè)設(shè)備與交換機(jī)端口之間提供了發(fā)送與接受的專用通道，因此使不同以太網(wǎng)設(shè)備之間的沖突大大降低或完全避免。故越來越多的基于以太網(wǎng)的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)得以在DNC系統(tǒng)中應(yīng)用。對于某些具備以太網(wǎng)接口的先進(jìn)加工中心等數(shù)控設(shè)備和微機(jī)設(shè)備，可直接連接到交換機(jī)對于只具備RS232或RS485等串行接口的數(shù)控設(shè)備，通過串口服務(wù)器（如MOXANport5210）轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)接口，然后連接到交換機(jī)。DNC服務(wù)器通過以太網(wǎng)交換機(jī)與底層的數(shù)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息互通，從而實(shí)現(xiàn)服務(wù)器對數(shù)控設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)控制管理，。圖5基于以太網(wǎng)的DNC模式結(jié)構(gòu)圖基于以太網(wǎng)的DNC系統(tǒng)使車間乃至整個(gè)企業(yè)的信息網(wǎng)與DNC通信網(wǎng)絡(luò)得以整體集成，而且可以直接將數(shù)控機(jī)床接入Internet,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息的傳輸，適應(yīng)了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)制造的需要，同時(shí)企業(yè)聯(lián)盟可通過訪問Internet互聯(lián)網(wǎng)，在企業(yè)聯(lián)盟各自的服務(wù)器之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的流通。企業(yè)內(nèi)部的DNC系統(tǒng)通過服務(wù)器接口，對外提供服務(wù)和資源的共享。為了防止企業(yè)聯(lián)盟間在Internet上進(jìn)行的信息流通和協(xié)作活動(dòng)所出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)安全隱患?？墒褂肰PN技術(shù)在企業(yè)聯(lián)盟間建立虛擬的專用網(wǎng)絡(luò)。VPN具有高度的網(wǎng)絡(luò)安全性，容易擴(kuò)展而且適應(yīng)性強(qiáng)，企業(yè)對網(wǎng)絡(luò)擁有充分的控制權(quán)，隨時(shí)可以與外界進(jìn)行連接。因此，使用VPN技術(shù)將制造企業(yè)聯(lián)盟的車間DNC系統(tǒng)通過VPN集成起來，實(shí)現(xiàn)聯(lián)盟間的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造，是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)化制造環(huán)境下可行的、安全的制造模式。3結(jié)束語信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展給制造業(yè)帶來了巨大的影響。在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)全球化的時(shí)代，為了快速響應(yīng)市場需求，提高企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)能力，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，提高企業(yè)的競爭能力，制造企業(yè)必須要從傳統(tǒng)制造模式進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化的生產(chǎn)制造模式。網(wǎng)絡(luò)化制造模式作為一種先進(jìn)制造模式，提供了制造企業(yè)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下從產(chǎn)品設(shè)計(jì)