基于互聯網的DNC 系統之實現

丁 超，林 崗

(河海大學 機電工程學院，江蘇 常州213022)

0 引 言

隨著信息技術和網絡技術的飛速發展和廣泛應用，將計算機技術、信息網絡技術與制造技術相融合的網絡化制造，逐漸成為先進制造技術新的發展方向。由此，基于Internet/Intranet(企業內聯網)的網絡化DNC 制造系統便應運而生。分布式數控(Distributed Numerical Control，DNC)是指一臺中央控制計算機對若干數控設備進行綜合控制管理，主要包括NC 程序的管理和傳送，系統信息的收集、系統狀態的監控及控制。近些年，制造企業為了應對經濟全球化的挑戰，提高企業市場競爭力，正在逐步將網絡制造及DNC 系統應用于企業生產、銷售、管理等一系列工作流程中［1］。

為了培養高素質的科技型人才，欲對我校機電工程學院機械基礎實驗中心配備的各類數控設備進行基于互聯網的DNC 網絡化升級改造，實現實驗中心從設計、控制，到加工、測量，再到仿真、管理的無縫連接。

1 實驗中心現狀

我院實驗中心配備有三坐標測量機Miracle NC564、數控車床CK6140A 和CJK0620、數控立式鉆鏜床ZK7640、加工中心ZH7640 和MITSHUBISHI MV5CN、三自由度運動控制系統、FMS 示教系統和六自由度串聯機器人RBT-6T/S03S 等先進的生產和教學型數控設備，并配備了一些主流的CAD/CAM 應用軟件。

但是，由于場地及使用環境等因素的限制，各數控設備相對獨立地分布在若干實驗中心車間內，各數控設備之間以及車間層與上層計算機之間缺少應有的信息資源交流和聯系;其中部分數控設備的操作還停留在手工編寫及輸入數控程序的階段，大量數控程序和機床數據不便于積累、備份及存檔管理。因此，我院欲建立基于實驗車間的網絡制造單元以實現實驗中心的網絡化制造。

2 DNC 系統通信

計算機要與不同類型的CNC 系統之間進行數據通信，其通信協議的建立流程［2-4］如圖1 所示。

圖1 通信協議的建立

為了保證數據傳輸的可靠性和完整性，避免控制計算機與異構CNC 系統通信過程中的數據傳輸混亂，通信雙方的端口參數設置必須保持一致。其中，端口參數設置包括:

端口號 1/2，根據計算機實際端口設置。系統中25 針串口選用COM1 端口，9 針串口選用COM2 端口。

波特率 110-19 200，通信雙方傳輸速率。PC 與數控設備設置要一致，不能為了提高傳輸速率一味提高波特率，過大或過小都可能適得其反。

奇偶校驗 奇/偶，校驗正在傳輸的數據是否正確被接收。

停止位 1/1.5/2，每個幀尾部總要發送一個停止位。本系統默認為1。

數據位 5/6/7/8，一個數據字符所使用的位數根據不同協議變化，每發送一個字符，就發送一個組。歐美設備一般為8 位，日本設備一般為7 位。

握手協議 軟件握手(Xon/Xoff 協議)/硬件握手(RTS/CTS，DTR/CTS 等)，在通訊中表示接口設備是否準備好。本系統中西門子系統采用RTS/CTS 的硬件握手;FANUC 系統則采用Xon/Xoff 協議。

設備參數需要根據不同數控系統的通信參數要求進行相應的設置，并始終保持端口參數與設備參數的一致性。

傳送數據格式包括ASCⅡ/EIA/BIN 等，本系統數據格式采用ASCⅡ格式。

3 網絡DNC 系統總體布置及硬件聯網

3.1 組網方式

根據實驗中心的改造要求和實際狀況，設計網絡DNC 系統結構。由于各數控設備相對獨立的跨車間分布，故同一車間內的多臺數控設備與同一工控機采用星型結構組成單元局域網，避免由于某一設備的故障影響整個系統的正常運行［5］。

其次，同車間工控機之間采用有線網絡連接;而跨車間的車間層工控機之間的聯網，以及車間層工控機與上層計算機之間的聯網，由于實驗中心局部車間場地條件的限制導致網線布置復雜，采用無線網絡連接。因此，采用有線和無線相結合的總線結構實現實驗中心內部Intranet 以及與Internet 的聯網［6］。

3.2 DNC 系統總體網絡布置

實驗中心網絡化改造DNC 系統采用四層DNC 網絡化模式［7］，以工業以太網作為網絡平臺，系統結構如圖2 所示。

圖2 DNC 系統結構

3.3 系統硬件配置

實驗中心擁有的CNC 系統主要包括FANUC、SIEMENS 802S、華中Ⅰ型及華興數控系統，它們都提供標準的RS-232C 串行接口。此外，還有部分教學型數控設備通過運動控制卡或I/O 接口與車間層工控機進行通信。車間層與上層計算機之間通過TCP/IP 協議建立的局域網進行通信，上層計算機則通過Internet與外部網絡進行數據交流。

組建有線網絡時，為了提高系統的擴展性和可移植性，選用8 個局域網接口的TP-Link TL-R860 +路由器及PCI 接口的TP-LINK TF-3239D 網卡進行網絡連接。在無線網絡過程中，為了保證工業環境下，數據信息的傳輸速率及可靠性，選用能夠通過LCD 顯示上傳/下載速度、記錄頻寬的Belkin N1 Vision 無線路由器及PCI 接口的Belkin F5D8001zh 無線網卡，其理論最高傳輸速率可達300 Mbps。

4 DNC 系統軟件設計

該DNC 系統軟件采用Windows XP 作為開發平臺，選用Java 語言作為開發工具進行編程實現［8-11］。軟件開發主要包括以下幾個功能模塊:

(1) 系統總體布置圖。以便操作者了解整個實驗中心及各車間網絡的數控設備分布和結構圖。

(2) 數控程序管理模塊。使用戶能夠在計算機上進行數控程序的編輯、優化及保存等操作，程序開頭要有程序號，以便進行程序檢索，并根據不同CNC 系統所定義的數控程序結構和格式的差異，將實驗中心現有配置情況下的NC 程序標準化，制定內部的編號標準(如表1 所示)并顯示在用戶界面上，便于程序的積累、備份及存檔管理，同時保證機械加工的高效率。

表1 實驗中心內部NC 程序編號標準

(3) 系統通訊模塊。提供用戶界面進行控制計算機與CNC 系統通信的參數設置，并能夠儲存及加載。

(4) 程序查詢模塊。通過設置查詢條件查找數據庫中符合條件的程序詳細信息。

(5) 設備管理模塊。對實驗中心數控設備及刀具進行管理，有效提高車間資源的利用率，增強設備的協調性和靈活性。

(6) 工藝信息管理模塊。能夠對生產及加工工件的各種工藝信息進行編輯、優化并存檔。

(7) DNC 與CNC 的數控程序傳輸模塊。在建立通信的基礎上，將數控代碼下傳至CNC 系統中，以便進行數控加工。

(8) DNC 車間層工控機與上層計算機及服務器的數據傳輸。用以獲取數控程序及產品信息并保存。

軟件主程序流程圖，如圖3 所示。

圖3 主程序流程圖

5 實施效果

本次對我院實驗中心各種異構CNC 系統進行網絡化改造，為我校專業課程的實踐教學提供了良好的教學模型，建立了基于Internet 的網絡信息通訊，實現跨地區、跨區域的異地產品設計與加工、資源共享與信息集成;同時建立了基于Intranet 的實驗中心內部網絡，改善各數控設備的單機狀態，有效提高各種資源的管理和使用效率。

6 結 語

隨著先進制造技術的不斷深入和發展，本次升級改造作為寶貴的實踐經驗，對今后可能出現的大規模工廠、車間的DNC 系統改造以及數控網絡化信息集成提供較高的參考價值及理論基礎。

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