一、概 述

    隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，以往使用PRP(紙帶閱讀穿孔機)與CNC系統(tǒng)進行NC程序輸入/輸出的技術(shù)，由于紙帶的保存，管理，容量，可靠性等，存在著不足之處，正逐漸被淘汰。 許多CNC系統(tǒng)生產(chǎn)廠家目前都能提供計算機NC程序服務(wù)功能，但僅限于自己的CNC系統(tǒng)，互相之間并不通用。同時，隨著市場經(jīng)濟和企業(yè)信息化的發(fā)展，企業(yè)數(shù)控機床的數(shù)量越來越多，而傳統(tǒng)的單機管理模式因技術(shù)手段落后、生產(chǎn)效率低、管理與維護費用高昂等弊端已不能適應(yīng)企業(yè)發(fā)展的需要，再加上用戶使用了多種信息管理系統(tǒng)，如ERP，PDM，CRM，CAD/CAPP/CAM等，各種系統(tǒng)之間還必須考慮信息共享，以避免信息化孤島，因此，使用集成式DNC技術(shù)對數(shù)控設(shè)備群進行管理勢在必行。 
 
    目前，廣大數(shù)控機床用戶對實行數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)DNC的管理已經(jīng)達成了共識，但在真正實施過程中應(yīng)該做到什么程度，取得何種效果還是不明確，在目前國內(nèi)數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)DNC領(lǐng)域還存在著一些魚目混珠的現(xiàn)象，而且DNC又處在一個高速發(fā)展的階段，各種新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、高新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，更容易讓廣大數(shù)控機床用戶眼花繚亂，本文試圖在此作一個簡明的介紹。

    二、數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)DNC的幾種模式

    目前，數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)DNC一般采用三種網(wǎng)絡(luò)接口，即：基于串行通訊RS-232C模式，以太網(wǎng)絡(luò)模式和現(xiàn)場總線模式，以下分別做一簡要說明。
   
    1．串行通訊RS-232C模式

    目前，在DNC市場上通過RS-232C口通訊產(chǎn)品存在著兩種類型(包括三種結(jié)構(gòu))的產(chǎn)品，即帶機床操作盒和不帶機床操作盒兩種，其結(jié)構(gòu)分別說明如下：

    (1) 帶機床操作盒模式，如圖1所示：

圖1  DNC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖形式一

    這種連接方式是九十年代中期出現(xiàn)的模式，在當時大家還普遍使用單機傳輸?shù)哪甏朔绞绞且环N創(chuàng)新，可以說它代表了當時我國DNC產(chǎn)品的最高水平。MOXA  C320Turbo 卡（或其它多路串行通訊卡）是通過ISA（或PCI）插卡的方式與計算機連接，再通過一根帶屏蔽的10芯電纜線接通訊模塊，每個通訊模塊帶8個通訊口，可以多個通訊模塊級聯(lián)，最多可以8個，每個計算機又可以擴展4個ISA（或PCI）插卡，這樣一臺計算機最多可以擴展256個RS-232口。通訊模塊與計算機之間距離不能太長，一般在十幾米左右。程序的上傳和下載是通過操作機床操作盒來實現(xiàn)的（當然，數(shù)控端也還要進行相關(guān)的上傳下載操作）。

    (2)新型帶機床操作盒模式，如圖2所示：

圖2  DNC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖形式二

    注意,此圖與上一圖的一個最大的區(qū)別是：MOXA的多路串口服務(wù)器變?yōu)镃N2516（或其它多路串口服務(wù)器），它是一個局域網(wǎng)絡(luò)上的一個節(jié)點，通過HUB或交換機來與NC程序管理計算機相連的，這樣，它可以放在車間的任一固定位置上，大大減少了車間到計算機室之間的布線，只需一根網(wǎng)線即可，另外，CN2516還可以多臺計算機上安裝其驅(qū)動程序，多臺計算機同時監(jiān)視控制，給用戶的維護工作也帶來方便。

    (3) 現(xiàn)代模式（不帶機床操作盒），如圖3所示：

圖3  DNC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖形式三

    此類型是在上一類型的基礎(chǔ)上變化而來,它去掉了機床操作盒,連接更簡單,其它通訊功能完全一樣，甚至可以做得更強，更方便。目前市場上大部分DNC廠商提供的產(chǎn)品均是基于此模式下的。#p#分頁標題#e#

    由于去掉了機床操作盒，程序發(fā)送和接受程序的文件名稱等通訊信息就需要由CNC來發(fā)送，一般的做法是：在CNC上編制一個特殊的程序（此程序并不真正執(zhí)行，所以并不需要關(guān)注它是否符合語法規(guī)則），其中包含一些特征字符串來表達發(fā)送程序或接收程序，比如：

（A）程序請求
         %
         O1000
         （/GETXXXX）  （其中XXXX代表需要請求下傳的文件名稱）
         M30
         %
    編制好此文件后，先將此文件發(fā)送給計算機，計算機接收到此文件后就進行分析，如果是請求文件下載指令，就生成一個程序下載隊列，等待機床發(fā)送開始下傳指令后就將請求程序下傳。

    （B）程序發(fā)送
    程序發(fā)送時，只需在原程序中加入特征字符行即可，此代表你希望在計算機上保存的文件名稱。例如：
         %
         O1000
         （/NAME XXXX）  （XXXX代表希望在計算機上保存的文件名稱）
         …
         M30
         %
         當前文件上傳到計算機上后，計算機如果分析到特征字符/NAME（特征字符的型式應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的特殊要求而定，在此僅作示意），就將當前文件保存到其后的字符串所代表的文件中，如果未找到特征字符則保存到“O1000.NC”中（即程序號前加字母O）。

    2．現(xiàn)場總線模式

    雖然目前在數(shù)控車間DNC系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的就是RS-232串行通訊接口，但是當DNC主機連接的CNC設(shè)備比較多時，就存在著連線多、通訊復雜的問題，而且串行接口可靠性差、速度低，基于這些問題，迫使人們?nèi)で蟾玫慕鉀Q方案。

    現(xiàn)場總線（Field Bus）是應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場、在微機化控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)，是國際上20世紀90年代蓬勃發(fā)展起來的新技術(shù)。它的應(yīng)用形成了新型的網(wǎng)絡(luò)集成式分布控制系統(tǒng)。它能同時滿足過程控制自動化和制造自動化的需要。由于現(xiàn)場總線是基于數(shù)字通信的，因此在現(xiàn)場與控制室之間能進行多變量雙向通訊。為解決數(shù)據(jù)大量高速傳輸、實時性、通訊距離等問題，發(fā)展高速化數(shù)據(jù)通訊技術(shù)及大量使用現(xiàn)場總線（Field Bus）就成為必須。未來十年集成系統(tǒng)將是Field Bus時代。現(xiàn)場總線采用了三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，其體系結(jié)構(gòu)如圖4所示。目前現(xiàn)場總線已有好多種類，應(yīng)用較多的有CAN(Controller Area Network)、LON（Local Operating Network）、Profibus等。?下面僅以CAN總線方式說明現(xiàn)場總線在DNC中的應(yīng)用。

圖4 現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)

    作為工業(yè)現(xiàn)場控制的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可靠性和實時性是最主要的要求，CAN總線在這方面有很多獨到的特點：首先為滿足可靠性要求，CAN總線采用了循環(huán)冗余碼校驗、框架檢測、確認信號出錯檢測、總線監(jiān)控、位填充等幾種錯誤檢測和糾錯措施，從而達到了很高的可靠性，平均誤碼率小于10-13；其次，CAN采用了獨特的位仲裁技術(shù)，比CSMA/CD網(wǎng)（IEEE802.3）和令牌網(wǎng)(IEEEE802.4)具有更高的實時性；此外CAN總線傳輸速率可達1Mbps，遠距離傳輸可達10km，接口簡單，安裝方便，系統(tǒng)成本低。傳輸介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維。CAN總線的拓撲結(jié)構(gòu)如圖5所示。#p#分頁標題#e#

圖5 CAN總線的拓補結(jié)構(gòu)

    3．局域網(wǎng)模式

    隨著計算機應(yīng)用技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的功能也得到了極大的提高，由此，在近幾年中，在DNC領(lǐng)域又出現(xiàn)了一種新型的數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)DNC型式---基于以太網(wǎng)絡(luò)的DNC。

由于技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)和開放概念的不斷深入，技術(shù)的開放性被大家一致認同，世界上各著名數(shù)控系統(tǒng)制造商紛紛投資研制DNC通訊接口，提供符合MAP標準的DNC網(wǎng)絡(luò)接口選件和通訊軟件，如FANUC的0I（MB）以上的數(shù)控系統(tǒng)均具有DNC網(wǎng)絡(luò)接口選件，并提供了開發(fā)接口庫，第三方開發(fā)商可以在此基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)，由此可以形成功能強大的真正的DNC，可以對數(shù)控機床進行全面的控制。采用局域網(wǎng)通訊方式大大提高了NC程序管理的效率，同時，通過TCP/IP通訊協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)通訊的局域網(wǎng)模式即將成為一種普及的方式，其系統(tǒng)連接如下圖所示：

圖6  局域網(wǎng)式DNC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    現(xiàn)場總線方式和局域網(wǎng)方式能夠長距離連接多種現(xiàn)場設(shè)備，但是現(xiàn)場總線必須有自己的專用協(xié)議，必須采用相應(yīng)的開發(fā)工具和開發(fā)平臺，價格比較昂貴，且不同的廠商不同的設(shè)備間難以做到互操作。

    三、數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)DNC基本功能

    其實，數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)DNC采用什么網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并不是最重要的，關(guān)鍵是DNC系統(tǒng)能給用戶提供什么樣的服務(wù)，用戶從中能獲得多大的效益。由DNC本身的定義來看，其在生產(chǎn)現(xiàn)場所扮演的角色也是不斷發(fā)展變化的，由對設(shè)備“直接數(shù)字控制”演變成“分布式數(shù)字控制”，DNC的基本功能主要歸納如下：
    1． 通訊功能：
    NC程序的雙向傳輸：所有數(shù)控設(shè)備實施聯(lián)網(wǎng)集中管理，利用網(wǎng)絡(luò)進行NC程序（包括機床參數(shù)，刀補文件，宏程序等）的雙向傳輸，從而實現(xiàn)NC程序的海量存儲、集成化管理。
    客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)：將每臺數(shù)控機床定義為客戶端設(shè)備，利用數(shù)控系統(tǒng)自身的通訊端口（如RS－232，以太網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場總線等）、通訊功能，操作工可在數(shù)控機床端進行數(shù)據(jù)的雙向傳輸以及訪問管理服務(wù)器端數(shù)據(jù)的全部操作，服務(wù)器端對數(shù)控端的操作請求自動進行相關(guān)處理而無需人為干預。
    群控與距離：單臺計算機管理數(shù)控機床群；通訊距離可達到幾公里。
    DNC網(wǎng)絡(luò)的并發(fā)操作：保證所有入網(wǎng)數(shù)控設(shè)備可在同一時刻進行并發(fā)式的通訊傳輸。
    DNC在線加工：全客戶端方式的DNC在線加工，可保證諸如斷點續(xù)傳、子程序調(diào)用等功能均可由操作工在數(shù)控端實現(xiàn)。
    交互式事件響應(yīng)機制：數(shù)控端的每一項操作都應(yīng)有消息反饋，即無論操作是否正確，操作工在數(shù)控設(shè)備端都能夠得到提示信息文件。
    數(shù)據(jù)共享：讓操作工可在本地數(shù)控設(shè)備訪問其它數(shù)控設(shè)備或虛擬機床信息，方便零件的轉(zhuǎn)移加工。
    支持長文件名稱：NC程序名稱在WINDOWS平臺上實現(xiàn)長文件名管理，并在程序傳輸時與程序號自動轉(zhuǎn)換。
    通訊日志：記錄工作者所有通訊過程，并對記錄的信息進行分類查詢。
    信息采集：通過機床的宏程序變量輸出功能，實現(xiàn)機床加工信息的實時采集，并可以實時匯總機床使用效率、零件加工工時、刀具使用壽命等信息。
    網(wǎng)絡(luò)通訊平臺：利用DNC通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送加工任務(wù)、刀具信息、工藝信息和加工成績匯報等，以實現(xiàn)生產(chǎn)信息的初步集成。

    2． 控制功能：#p#分頁標題#e#
    在普通的RS-232C串行通訊口的網(wǎng)絡(luò)模式下，DNC無法做到對數(shù)控機床的實時控制，一般來說只有采用以太網(wǎng)式DNC或采用現(xiàn)場總線式DNC才可以達到此目的，其主要控制功能如下：
    CNC網(wǎng)絡(luò)設(shè)置
      設(shè)置聯(lián)網(wǎng)CNC的IP地址、端口地址
    CNC狀態(tài)監(jiān)視
      加工狀態(tài)：加工中、空閑、報警、故障信息
      聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)：聯(lián)機、脫機
      位置信息：絕對位置、相對位置、機械位置、剩余移動量、進給速度

    歷史記錄：報警歷史記錄、操作履歷
    CNC遠程控制
      顯示各種機床參數(shù)
      設(shè)置各種機床參數(shù)
      顯示NC程序各種信息：如內(nèi)存大小，程序數(shù)等
      選擇NC程序：選擇當前加工程序、查找任意NC程序
      編輯NC程序：編輯CNC系統(tǒng)中的NC程序
      刪除NC程序：直接刪除CNC系統(tǒng)中的NC程序
      清除報警歷史記錄
      清除操作履歷
      系統(tǒng)復位：通過遠程CNC復位
      遠程啟動：通過遠程啟動加工
      遠程暫停：通過遠程暫停加工

    四、數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò) DNC發(fā)展方向

    數(shù)控機床DNC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將在單項技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實現(xiàn)信息的高度集成，并向CIMS方向發(fā)展。DNC網(wǎng)絡(luò)今后發(fā)展的要點如下：

    1) 新型網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)：正如上面討論的那樣，新型網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)有兩種，即以太網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線方式，對數(shù)控系統(tǒng)制造商來說，向開放式系統(tǒng)發(fā)展，即將PC微機技術(shù)融合到數(shù)控系統(tǒng)中，應(yīng)用界面MS-WINDOWS化，充分利用PC微機主流操作系統(tǒng)MS-WINDOWS龐大的軟件資源，使數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)通信更加便捷。目前越來越多的CNC制造商為其CNC提供了以太網(wǎng)絡(luò)接口和現(xiàn)場總線接口。開放式數(shù)控系統(tǒng)有兩種方式：
    PC-CNC：在PC微機的基礎(chǔ)上融合CNC功能。
    CNC-PC：在CNC系統(tǒng)融合PC微機的功能。

    2) 無線通信技術(shù)：采用無線通信技術(shù)，實現(xiàn)計算機與數(shù)控機床間通訊無線化，以減少現(xiàn)場施工，縮短工期。無線Modem技術(shù)指標如下所示：
    帶RS-232C接口
    2.4GHZ，無需辦理頻率申請。
    高速（119Kbps）、高可靠性。
    有效通信距離100～200m。

    3）信息的高度集成：
    采集更完備的機床信息，為車間生產(chǎn)管理提供第一手信息。
    智能分析采集的信息。
    對設(shè)備進行實時控制。
    與ERP，PDM，MES等系統(tǒng)真正無縫聯(lián)結(jié)。

    五、總 結(jié)

    上面所介紹的幾種DNC模式，近十年來筆者都曾進行了大量的實驗、開發(fā)，有些模式已形成了成熟的產(chǎn)品。以上所述內(nèi)容如有不當之處敬請批評指正。

    總之，在我國，數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)DNC經(jīng)過十多年來的發(fā)展，經(jīng)歷了艱難曲折的發(fā)展道路，如今在高新技術(shù)不斷發(fā)展的年代取得了長足的進步，但是，目前除了基于RS-232C串口通訊的模式下出現(xiàn)了有限的幾款優(yōu)秀DNC產(chǎn)品外，在局域網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線方式下只是作了一些有限的探討，還未出現(xiàn)成熟的產(chǎn)品，還需要廣大同仁再接再勵，為我國制造業(yè)作出更大的貢獻！衷心祝愿數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)DNC之花在廣袤的制造業(yè)市場上燦爛地開放！#p#分頁標題#e#