0 引言

    制造的全球化和網絡化要求作為重要制造資源的數控機床能夠實現全球共享。以此為目標建立的DNC系統不僅強調車間內的信息集成，而且強調機床基于Web的遠程信息發布[1-3]。采用同時具有以太網接口、串口和I/O口的BL2010單板機(ZWORLD公司產品)作為DNC控制器，構建面向網絡化制造的DNC系統( PowerDNC )，是實現只具有串行通信的機床聯網的一種有效途徑。

1 PowerDNC系統通信結構構建方案

    DNC通信是建立DNC系統的基礎。不使用現場總線，把車間的以太網直接延伸到數控機床，車司的通信結構將變成Internet/Intranet/Serial，從而簡單了很多[3]，圖1是PowerDNC系統采用的基于以太網的DNC系統通信結構。

    相對于現場總線式結構，基于以太網的DNC系統通信結構減少了系統的復雜性，同時可實現車間辦公自動化網絡和自動化設備網絡的直接連接。使車間乃至整個企業的信息網與DNC通訊網絡得以統一。

圖1 基于以太網的DNC系統通信結構

2 PowerDNC系統的實施體系結構模型

    系統實施結構分為用戶層、服務層、代理層和設備層四層。用戶層為企業的數控編程人員或調度人員，也可以是沒有合適數控設備的企業。用戶層可通過瀏覽器訪問服務層尋找合適的數控設備；服務層提供數控資源集成服務平臺，它一方面為用戶層提供數控機床的靜態信息和動態信息，另一方面接收來自代理層的機床實時信息，反饋代理層的請求：代理層是實現數控機床通信的平臺，接收來自服務層的制造數據并傳輸給設備層，同時采集來自設備層的數據并傳輸給服務層，是設備層的代理；設備層是指數控機床[4]服務層和代理層的構建是系統實現的關鍵。

3 PowerDNC系統實現的關鍵技術

3.1 DNC控制器的選型

    構建基于以太網的DNC通信系統，關鍵是確定DNC控制器。DNC控制器首先應是串口服務器，其次要求適應DNC通信的要求[5]
 
    (1)同時具有以太網接口和串行通信接口;

    (2)符合車間現場的電磁環境要求;

    (3)具有較大的動態存儲器和較強的CPU;

    (4)支持出口服務器應用軟件的開發;

    (5)應具有多任務開發能力，同時可以作為嵌入式Web服務器。

    綜合上述要求，選用ZWORLD公司生產的Wildcat BL2010型單板機用作DNC控制器。

3.2 基于以大網的DNC通信系統結構

    基于以太網的DNC通信系統的物理結構如圖1。通過以太網交換機構建車間以太網。通過網絡服務器實現車間和Internet的連接，數控機床通過串口服務器BL2010接入車間網絡。其中BL2010的串口與數控機床的串口連接；BL2010的信號輸入口與數控機床的信號采集點連接。

    基于以太網的DNC通信系統的信息流動模型如圖2，其中DNC控制器BL2010相當于數控機床信息中轉站，同時又是一個嵌入式Web服務器，實時發布機床狀態信息。DNC服務器負責與DNC控制器間數控程序的交換。數控庫服務器負責存儲機床事件和數控程序。而網絡服務器作為車間Intranet和互聯網Internet的網關，轉發機床實時信急，從數據庫中提取機床事件日志，經過分析后網絡發布機床狀態[5]。

圖2 基于以太網的DNC通信系統的信息流動模型

3.3 數控資源集成服務平臺體系結構

    采用基于B/S模式的典型三層分布式體系結構，可以滿足企業內部對數控資源管理的需要，滿足企業間對數控資源管理的需要。該實施結構分為三個層次，如圖3。

圖3 數控資源集成服務平臺伏系結構

    第一層是客戶層。用戶通過瀏覽器將加工任務加入到數控機床的任務隊列，并把與此相關的制造數據傳輸到服務器，同時可以在線瀏覽機床的工作狀態和加工日志以及加工任務。

    第二層為服務器層。系統設置了三個Web服務器，是用于存放各功能實現模塊，稱之為數據Web服務器，其作為中間層響應客戶的需求并反饋從數據庫中查詢的結果和統計數據，通過JDBC實現服務器端程序和第三層的數據交流。另一個是能夠實時提供機床狀態的與數控機床的I/O連接的嵌入式Web服務器，即DNC控制器。通過此控制器，車間管理人員和企業合作伙伴可以實時了解機床的工作狀態。最后一個是Web視頻服務器，可以將攝像機拍攝圖像實時網絡發布。
  
    第三層是數據庫層。用于存儲數控程序、機床信息和作業計劃等的資源數據。

4 系統的實現

4.1 系統的軟件平臺

    數控機床的通信平臺是利用Windows下提供的網絡應用程序編程接口Winsock，在VC++6.0編程環境下實現。利用BL2010 μC/OS-II實時嵌入操作系統對搶先式多任務的支持，根據DNC的通信要求，在Dynamic C Premier軟件開發系統下實現了DNC串口服務器的內核設計。Web服務器選擇PC服務器，選用Windows 2000 Server作為Web服務器的操作系統。選用JSP作為動態Web交互開發技術。選用Resin作為Web服務器軟件。數據服務器選用SQL Server 2000，采用JDBC技術實現Web服務器與數據庫的連接。

4.2 系統的應用

    開發的PowerDNC系統具有數控機床管理、數控程序管理、機床狀態查詢、機床的統計報告和刀具管理以及制造數據的發送和接收等功能。數控編程人員通過查詢機床的生產任務和機床狀態確定合適的加工機床，把加工任務加入該機床的任務隊列，由系統自動生成機床每日的工作計劃，機床操作人員根據生產計劃調用合適的數控程序來完成加工，同時由機床信息采集系統完成對機床信息的采集。圖4為加工模具型腔時數控程序發送圖，圖5為采集的機床狀態。該系統己在大連理工大學模具有限公司使用，實現了數控設備的聯網，提高了數控設備的利用率，達到很好的使用效果[6]。

圖4 數控程序發送圖

圖5 機床狀態采集

5 結論

    基于以太網的PowerDNC系統使車間乃至整個企業的信息網與DNC通信網絡得以統一，可以滿足車間各個層次的要求，達到全車間信息的完整性、通透性和一致性。而且可以直接將數控機床接入Internet，實現遠程信息的傳輸。

參考文獻

[1] 熊斌，譚建榮，何余仁，等，敏捷DNC系統的理論探討[J].計算機集成制造系統-CIMS，1999，5(6)：1-6.
[2] 馬新莉，呂堅.制造模式變遷的動力機制及其特征分析[J].遼寧工程技術大學學報，2003, 22(5)：678-681
[3] 張旭梅，劉飛，但斌.基于集成DNC技術的車間運行模式研究[J]中國機械工程，1999，10(3)：321-323
[4] 閆偉國，王敏杰，王敏銳、基于以太網和TCP/IP的DNC通信技術研究[J].大連理工大學學報，2003，43(1)：77-81.
[5] 閆偉國，王敏杰，宋滿倉，等.基于以太網的數控加工信息集成技術[J]農業機械學報，2004，35(5)：185-189
[6] 閆偉國，王敏杰，李治.一種DNC信息集成系統的研究與開發[J]機床與液壓.2003，16(1)：61-63.