0引言

    計算機技術、網絡技術以及數(shù)控設備的快速發(fā)展，給制造業(yè)帶來了一場新的變革和重大影響。數(shù)控加工越來越趨向于網絡化、集成化。網絡化制造已經成文先進制造技術中一個機器重要的發(fā)展方向，網絡DNC系統(tǒng)更是近些年制造企業(yè)進行網絡化制造的重點建設內容。為了適應當今制造業(yè)對網絡化制造人才的需求，我校機電綜合工程訓練中心建設了自己的網絡DNC系統(tǒng)。

    分布式數(shù)控或計算機直接數(shù)控(Distributed Numefical Control或Direct Numerical Control，DNC)，其最初含義是一臺中央計算機同時控制多臺數(shù)控機床。隨著計算機技術、通信技術和CIMS技術的發(fā)展，DNC的內涵和功能不斷擴大，它已經開始著眼于車間的信息集成，針對車間的生產計劃、技術準備和加工操作等基本作業(yè)進行集中監(jiān)控與分散控制，把生產任務通過局域網分配給各個加工單元，并使之信息相互交換。而對物流等系統(tǒng)可以在條件成熟時再擴充，既適用于現(xiàn)有的生產環(huán)境，提高了生產率，又節(jié)省了成本。DNC強調信息的集成與信息流的自動化，物料流的控制與執(zhí)行，可大量介入人機交互。相對柔性制造系統(tǒng)(FMS)，DNC是投資少、見效快，并具有較好柔性的多個數(shù)控加工設備的集成制造系統(tǒng)?，是車間自動化的重要組成形式，對工廠自動化具有十分重要的意義。

    其中通信技術是DNC系統(tǒng)最關鍵的技術，是DNC系統(tǒng)實現(xiàn)設備集成和信息集成的基礎。本文將對我校DNC系統(tǒng)的通信結構和通信技術進行分析研究。

    1 DNC系統(tǒng)的通信網絡結構

    1．1 DNC系統(tǒng)通信基本原理

    計算機的RS232串口與數(shù)控設備上面的RS232串口通過以太網按照相關數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議實現(xiàn)遠距離的數(shù)據(jù)傳輸，在傳輸過程中需要進行兩次數(shù)據(jù)轉換，第一次是通過計算機把RS232信號轉換成以太網的RJ45，這個過程通過計算機本身的轉換模塊就能完成；第二次是將以太網的RJ45轉換為數(shù)控設備所能接收的RS232信號，這一步通過協(xié)議轉換來完成。

    1．2 DNC系統(tǒng)的網絡結構

    1．2．1系統(tǒng)通信硬件介紹

    DNC通信系統(tǒng)除了數(shù)控設備、計算機和以太網絡以外，還需要以下幾種硬件。

    1)智能終端：將數(shù)控設備的RS232接口轉換為以太網絡的RJ45接口的設備，其內部具有CPU、內存和系統(tǒng)軟件。智能終端的大小和香煙盒類似，可以直接安裝在數(shù)控設備的控制機柜內，有1口和2口不同規(guī)格。本系統(tǒng)采用Moxa公司生產的Moxa4511或Mox．5210或NC601智能終瑞。

    2)串口交換機：可同時將多個RS232串口數(shù)控設備接入以太網絡的交換機，有8口和16 口等規(guī)格。串口交換機與智能終端比，其優(yōu)勢在于價格低廉。

    3)無線網橋：將智能終端有線網絡橋接到無線網絡的設備。本系統(tǒng)采用Linksys公司生產的WET11無線網橋。

    4)無線交換機：與有線交換機功能相同，區(qū)別在于其無線方式。本系統(tǒng)采用Linksys公司生產的WAP54G無線交換機。

    1．2．2系統(tǒng)聯(lián)網方案

    網絡DNC支持的數(shù)控設備的接入方式主要有以下四種：多串口卡、智能終端(串口交換機)、無線方式和電力網。其中多串口卡因其傳輸距離過短而受到很大的限制，其應用范圍非常有限；電力網主要用于異地通信；智能終端(串口交換機)適用于局域網且車間分布比較集中的情況。而無線方式適用于數(shù)控設備較多且分布比較分散的情況。基于實驗室數(shù)控設備較多且分布的車間比較分散的實際情況，本系統(tǒng)采用無線方式，如圖1所示。

    系統(tǒng)運用協(xié)議轉換聯(lián)網控制方案，使DNC系統(tǒng)的主服務器通過以太網，借助無線方式把RS232信號傳給數(shù)控設備，即在數(shù)控設備端形成一個虛擬的RS232串口與之相連。目前以太網TCP／IP與RS232串口協(xié)議轉換已模塊化，采用模塊化后的產品，管理和維護均較為方便，從而可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與抗干擾性能。

    1．2．3系統(tǒng)無線通信設備布局及連線

    使用Linksys套件(WAP54G+WET11)無線通信，前端需要配有Moxa公司生產的Moxa4511或Mox-a5210或NC601。無限交換機WAP54G的安裝，最好放在車間內部的高處，天線向下輻射，放置越高輻射范圍越廣。無線網橋WET11盡量放在機床金屬外殼外的頂部，以避免WETll信號干擾機床系統(tǒng)。Moxa公司生產的智能終端安置在數(shù)控設備內部一端與WET11通過數(shù)據(jù)線相連，另一端與數(shù)控設備的RS232串口相連。具體的系統(tǒng)聯(lián)網方式如圖1所示。智能終端與數(shù)控設備之間的連接情況如表1所示。

    NC設備與DNC服務器的通信DNC系統(tǒng)通信過程中最關鍵的問題就是如何創(chuàng)造性地應用通信技術、NC設備與服務器各自通信參數(shù)的設置以及通信的穩(wěn)定性和實時性。分頁

    2．1 DNC系統(tǒng)通信技術

    DNC主機與數(shù)控系統(tǒng)的通信主要有串行通信、計算機局域網和現(xiàn)場總線三種方式。本中心的DNC系統(tǒng)采用的是串行通信方式。串行通信是指通信的發(fā)送方和接收方之間數(shù)據(jù)信息的傳輸是在單根線上，以每次一個二進制01為最小單位進行傳輸。串行通信的傳輸速度要比并行通信慢得多，但串行通信可顯著降低通信線路的價格，簡化設備，并可利用現(xiàn)有的電話電纜線路，在任何兩點通話的設備之間，配置適當?shù)耐ㄐ沤涌趯嵭写型ㄐ拧４型ㄐ磐ǔ？刹捎貌⑿谢虼袃煞N傳輸方式，并行傳輸抗干擾能力差，不宜用于長距離傳輸，尤其是在環(huán)境較惡劣的加工車間。串行方式使用線路少，單向的串行傳遞只要一條信號線，而并行傳遞方式中傳送的每一位都要一條信號線，在較長距離的數(shù)據(jù)傳遞中采用串行方式比較經濟，而且可避免在遠程運輸時，多條線路的線間干擾和禍合。因此，對如NC加工程序等可靠性要求很高的長距離傳輸，多采用串行方式。

    為實現(xiàn)串行通信并保證數(shù)據(jù)的正確傳輸，要求通信雙方遵循其中約定的規(guī)程。目前在Pc機及數(shù)控系統(tǒng)中最簡單、最常用的規(guī)程是異步通信控制規(guī)程，或異步通信協(xié)議，其特點是通信雙方以幀作為數(shù)據(jù)傳輸單位。每一幀從起始位開始，后跟數(shù)據(jù)位(位長度可選)、奇偶位(奇偶校驗)，最后以停止位結束。l幀的數(shù)據(jù)格式如圖2所示。

    圖2中，起始位通常使用I位表示；數(shù)據(jù)位使用5-8位表示一個字符內容；校驗位使用奇或偶表示，有時也可用無校驗位；停止位常用1或2位表示，有時也用其他方式表示；空位為時間間隔，沒有一定限制。每一位的0或I代表電平的低或高，每一位的時間長度由傳輸速率，即波特率決定。一幀的傳輸大致有以下步驟。

    1)無傳輸：通信線路上處于邏輯I狀態(tài)，或稱傳號，表明線路無數(shù)據(jù)傳輸。

    2)起始傳輸：發(fā)送方在任何時刻將通信線路上的邏輯l狀態(tài)拉至邏輯0狀態(tài)發(fā)出一個空號，表明發(fā)送方要開始傳輸數(shù)據(jù)。接收方在接收到空號后，開始與發(fā)送方同步，并希望收到隨后的數(shù)據(jù)。

    3)數(shù)據(jù)傳輸：起始位跟著要發(fā)送或接收的一串位序列，即表示一個字符代碼(5、6、7或8位不等，由雙方協(xié)議確定并保持不變。數(shù)據(jù)位傳輸規(guī)定最低位在前，最高位在后。數(shù)據(jù)的確定是根據(jù)實際需求以獲得最佳傳輸速度。

    4)奇偶傳輸：數(shù)據(jù)位之后是可選擇的奇偶位發(fā)送或接收。奇偶位的邏輯狀態(tài)取決于奇偶校驗類型是一致的。

    5)停止傳輸：奇偶位之后是發(fā)送或接收的停止位，其邏輯狀態(tài)恒為I，位時間可在I、1．5或2位選擇，且必須保證在每幀傳輸間均相同。

    發(fā)送方在發(fā)送完1幀后，可連續(xù)發(fā)送下一幀，也可隨機發(fā)送下一幀。在這兩種情況下，當接收方收到傳號后，雙方取得同步。通信雙方除遵循相同的數(shù)據(jù)傳輸幀格式外，為確保傳輸數(shù)據(jù)的正確性，雙方還要具有相同的數(shù)據(jù)傳輸率：每秒傳輸?shù)亩M制位數(shù)。在不使用調制解調器的通信線路上，其導數(shù)就是所謂的波特率(Baud Rate)。常用的波特率為300、600、1200、2400、4800和9600等。

    2．2通信參數(shù)的設置

    串行通信參數(shù)包括：波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗、停止位數(shù)、反饋字符、握手方式、結束代碼和換行符等。設置時要求相應參數(shù)必須和數(shù)控設備(數(shù)據(jù)機床等)自身的串口通信參數(shù)相同，否則無法進行數(shù)據(jù)傳輸。

    2．2．1機床系統(tǒng)參數(shù)設置

    本中心的數(shù)控設備有五種操作系統(tǒng)，分別為SIEMENS-802C、FANUC OiMate-Tc、MTSUBISHIE60、GSK980TA和華中21世紀星。下面就以SIEMENS-802C為例，其數(shù)控設備通信參數(shù)的設置如表2所示。

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    2．2．2 DNC服務器參數(shù)設置

    本系統(tǒng)采用北航海爾公司開發(fā)的CAXA軟件DNC通信模塊。在該模塊中，用鼠標點擊參數(shù)設置區(qū)的"添加機床"按鈕，系統(tǒng)會彈出一個新的"傳輸參數(shù)設置"對話框(如圖3所示)，用戶只需要按照對話框中的要求把通信參數(shù)填好即可。

    在對數(shù)控設備的通信參數(shù)進行設置時必須要保證與DNC服務器之間的一致性，此外波特率的設定要根據(jù)系統(tǒng)的具體情況進行設置，不能為了提高速度而一味地提高波特率，過大或過小的波特率都可能導致通信效率的下降。

    2．3系統(tǒng)的通信規(guī)范

    任何一種系統(tǒng)都有自己特殊的程序頭格式，例如SIEMENS-802C的程序頭，就必須按以下格式書寫，否則機床不接收。

    第一行："％_N_M11_MPF"。

    注釋：％為起始符號，N為程序名起始符，M11為程序名稱，MPF為程序文件格式(擴展名，MPF及西門子默認的加工代碼)。

    第二行(也可以不要)："；$PATH=／_N_MPF_DIR"。

    注釋："；"為西門子注釋，"$PATH"為路徑起始符號，N為名稱起始，此處的MPF為目錄名稱，DIR為類型(西門子系統(tǒng)中DIR代表目錄)。此外代碼中注釋行可以使用中文，但是不允許使用全角的標點符號。

    3 結語

    本文對我校機電綜合工程訓練中心DNC系統(tǒng)的通信結構和應用的通信技術進行了研究，實踐表明，該系統(tǒng)的通信部分運行良好，可靠性和實時性均能得到保障。