0 引言

　　數(shù)控機(jī)床具有功能強(qiáng)大的控制系統(tǒng), 這些控制系統(tǒng)除了能完成工件生產(chǎn)加工自動(dòng)化控制和監(jiān)控以外,還能為生產(chǎn)加工管理系統(tǒng)提供大量有價(jià)值的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以通過(guò)數(shù)據(jù)通信接口為上層數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)所采用。

　　DNC (Direct Numerical Control或Distributed Nu2merical Control) 計(jì)算機(jī)直接數(shù)控或計(jì)算機(jī)群控, 是用一臺(tái)或多合計(jì)算機(jī)對(duì)多臺(tái)數(shù)控機(jī)床實(shí)施綜合數(shù)字控制。其實(shí)質(zhì)是一種建立在數(shù)控系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信方式。它可以充分發(fā)揮和拓展數(shù)控系統(tǒng)強(qiáng)大的功能, 它也是實(shí)現(xiàn)CIMS (計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)) 的基礎(chǔ)。

　　DNC剛剛出現(xiàn)時(shí), 存在的問(wèn)題是信息的通信問(wèn)題, 那時(shí)信息存儲(chǔ)的介質(zhì)是穿孔紙帶。當(dāng)時(shí)的DNC系統(tǒng)應(yīng)保證從計(jì)算機(jī)到各個(gè)NC系統(tǒng)的讀、寫(xiě)操作可靠, 防止在穿孔紙帶中出現(xiàn)問(wèn)題, 縮短N(yùn)C數(shù)控加工程序的修改時(shí)間。

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展, 串口通訊逐漸被廣泛應(yīng)用于DNC, 穿孔紙帶逐步退出了歷史舞臺(tái)。在這一階段, 很多沒(méi)有串口的數(shù)控機(jī)床為了適應(yīng)DNC而進(jìn)行了改造, 很多工程技術(shù)人員為此做了很多工作?，F(xiàn)場(chǎng)總線在DNC系統(tǒng)中也是有用武之地的, 在很多DNC系統(tǒng)中采用了它。基于串口通訊的DNC系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展, 一直到現(xiàn)在也非?；钴S, 這是與制造業(yè)大環(huán)境分不開(kāi)的。但筆者認(rèn)為這不是方向, 基于網(wǎng)絡(luò)的DNC系統(tǒng)才是未來(lái)發(fā)展的方向。

1 TDNC簡(jiǎn)介

　　現(xiàn)在一些數(shù)控系統(tǒng)(比如TDNCX2004)支持LAN (局域網(wǎng)) 的技術(shù), 這就給我們打造基于網(wǎng)絡(luò)的DNC 系統(tǒng)提供了條件。下面, 簡(jiǎn)單介紹一下TDNCX2004數(shù)控系統(tǒng)。

　　TDNCX2004數(shù)控系統(tǒng)是以嵌入式微控制器構(gòu)建的開(kāi)放結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng), 并實(shí)現(xiàn)了采用層次化網(wǎng)絡(luò)激活機(jī)制的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)監(jiān)控方案。采用了嵌入式微控制器作為處理基礎(chǔ), 首先, 其可靠性是傳統(tǒng)封閉結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)所反復(fù)證明了的(這也是當(dāng)前傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)還在廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要原因) , 而微控制器更是由于其固有的嵌入式結(jié)構(gòu), 配套以專門為數(shù)控加工設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng), 使得系統(tǒng)運(yùn)行的任務(wù)分配體現(xiàn)數(shù)控加工的優(yōu)先級(jí)特征和實(shí)時(shí)性的要求, 同時(shí), 沒(méi)有對(duì)資源的過(guò)多占用, 沒(méi)有其它不相關(guān)硬件的干擾, 從而使系統(tǒng)很純粹地用于所需的加工控制。其次, 支持高速網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奈⑻幚砥骷捌渑涮譊SP處理芯片, 在網(wǎng)絡(luò)傳輸速度上滿足工業(yè)級(jí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、處理、上傳及控制返回信息的速度要求, 為遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷提供了穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)。TDNCX2004 數(shù)控系統(tǒng)的這些特點(diǎn)非常易于構(gòu)成DNC系統(tǒng)。

2 硬件結(jié)構(gòu)

　　在TDNCX2004給我們提供了條件的同時(shí), LAN技術(shù)的飛速發(fā)展也為我們打造基于網(wǎng)絡(luò)的DNC系統(tǒng)夯實(shí)了路基。近年來(lái), 以太網(wǎng)的發(fā)展取得了本質(zhì)性的飛躍, 80213 標(biāo)準(zhǔn)已相繼把以太網(wǎng)速度從原始的10Mbp s提高到100Mbp s以至到今天的1000Mbp s, 足夠的帶寬和交換式集線器的應(yīng)用解決了以太網(wǎng)的不確定性問(wèn)題, 使以太網(wǎng)有能力滿足實(shí)時(shí)系統(tǒng)的要求。還有HP公司的100VG - AnyLAN ( IEEE802112) , 也是100Mbp s的解決方案, 而且兼容80213和80215的信息楨, 而且保留原有的網(wǎng)絡(luò)和電纜框架結(jié)構(gòu)。

　　基于以上條件, 本文提出基于LAN的通信技術(shù)。其硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1 所示。用計(jì)算機(jī)和TDNCX2004型多功能數(shù)控銑床以及TDNCX15A型多功能數(shù)控銑床等機(jī)床構(gòu)成車間級(jí)LAN。DNC服務(wù)器可以是一臺(tái), 也可以是多臺(tái), 一臺(tái)DNC服務(wù)器能連接多臺(tái)NC機(jī)床, 同時(shí)還能很方便地與上位機(jī)連接,組成高效的DNC系統(tǒng)。在DNC系統(tǒng)中能進(jìn)行機(jī)床數(shù)據(jù)的采集、處理和報(bào)告, 進(jìn)而實(shí)行生產(chǎn)監(jiān)控。TDNCX2004型多功能數(shù)控銑床等支持LAN技術(shù)的機(jī)床, 所以直接掛在LAN 上, TDNCX15A 型多功能數(shù)控銑床等不直接支持LAN技術(shù)的機(jī)床可以通過(guò)一臺(tái)機(jī)旁PC接入LAN。

　　基于LAN和TDNC的DNC系統(tǒng)是一種很具透明性、一致性而且容易實(shí)現(xiàn)運(yùn)行穩(wěn)定可靠的DNC系統(tǒng)。首先, LAN的技術(shù)已經(jīng)很成熟了, 這就意味著運(yùn)行穩(wěn)定可靠, LAN 的應(yīng)用面也很廣, 幾乎所有領(lǐng)域包括很多工控系統(tǒng)都建立在LAN的基礎(chǔ)上, 這就意味著兼容性強(qiáng), 還有LAN采用的是國(guó)際通用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn), 很透明, 很一致。其次, TDNC數(shù)控系統(tǒng)是以嵌入式微控制器構(gòu)建的開(kāi)放結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng), 并實(shí)現(xiàn)了采用層次化網(wǎng)絡(luò)激活機(jī)制的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)監(jiān)控方案, 支持高速網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奈⑻幚砥骷捌渑涮譊SP處理芯片, 在網(wǎng)絡(luò)傳輸速度上滿足工業(yè)級(jí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、處理、上傳及控制返回信息的速度要求, 為遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷提供了穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)平臺(tái), 這也為此DNC系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。不僅如此,此系統(tǒng)還很容易與Internet互連, 從而進(jìn)入更加廣闊的領(lǐng)域。

3 軟件系統(tǒng)

　　DNC的軟件系統(tǒng)包括DNC通信、數(shù)控程序編輯、數(shù)控程序管理、刀具管理、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷、與CIMS接口等程序模塊, 其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　DNC通信應(yīng)用程序模塊負(fù)責(zé)通過(guò)LAN 與TDNC數(shù)控系統(tǒng)通信, 相互調(diào)用程序、數(shù)據(jù), 既可以由DNC服務(wù)器向TDNC數(shù)控系統(tǒng)下載程序, 也可以由TDNC數(shù)控系統(tǒng)向DNC服務(wù)器上傳程序; 數(shù)控機(jī)床的工作狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)也可以由DNC通信應(yīng)用程序模塊上傳至DNC服務(wù)器。程序編輯、管理模塊負(fù)責(zé)編寫(xiě)機(jī)床側(cè)難于編寫(xiě)的數(shù)控程序, 例如, 復(fù)雜曲面加工手動(dòng)編程很難實(shí)現(xiàn), 必須在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行自動(dòng)編程, 程序編輯、管理模塊就負(fù)責(zé)編寫(xiě)這些程序, 并且進(jìn)行管理, 還有數(shù)控機(jī)床上傳來(lái)的程序, 也要進(jìn)行統(tǒng)一管理, 以便于機(jī)床調(diào)用。刀具的有關(guān)情況由刀具管理模塊進(jìn)行管理, 以便于機(jī)床調(diào)用。狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊把由DNC通信應(yīng)用程序模塊上傳至DNC服務(wù)器數(shù)控機(jī)床的工作狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析、顯示, 對(duì)數(shù)控機(jī)床的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。故障診斷模塊把由DNC通信應(yīng)用程序模塊上傳至DNC服務(wù)器數(shù)控機(jī)床的工作狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算, 得出數(shù)控機(jī)床是否有故障的初步結(jié)論, 或者數(shù)控機(jī)床是否接近故障臨界狀態(tài), 供數(shù)控機(jī)床操作人員參考。DNC與CIMS的接口程序模塊是DNC系統(tǒng)和SIMS進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的軟接口, 是DNC系統(tǒng)的最重要的模塊之一。DNC控制應(yīng)用程序模塊是DNC系統(tǒng)的內(nèi)核, 它來(lái)負(fù)責(zé)其它模塊協(xié)調(diào)一致地進(jìn)行工作。

4 結(jié)論

　　DNC系統(tǒng)的任務(wù)不是簡(jiǎn)單地把程序傳給數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線加工, 而是要能夠把DNC系統(tǒng)成功融入到CIMS中去。LAN 的技術(shù)成熟, 穩(wěn)定可靠, TDNC是基于嵌入式微控制器的結(jié)構(gòu), 提供數(shù)據(jù)傳輸所需要的軟硬件接口, 而且支持LAN?；贚AN 和TDNC數(shù)控系統(tǒng)的DNC系統(tǒng)正是充分利用了以上特點(diǎn), 而且使二者緊密結(jié)合, 很適合CIMS的需要, 希望基于LAN和TDNC數(shù)控系統(tǒng)的DNC系統(tǒng)能夠?yàn)镾IMS的發(fā)展添磚加瓦。