排查DNC網絡故障

故障現象

DNC（Distributed Numerical Control）稱 為分布式數字控制，把與制造過程有關的設備(如數控機床等)與上層控制計算機集成起來，接入企業內部局域網，將零件NC加工代碼上傳到服務器統一進行管理，通過授權實現代碼的上傳和下載。這樣數控設備就變成了TCP/IP網絡的一個用戶終端，實現了DNC網絡與TCP/IP網絡的數據傳輸與共享。但數控系統的多樣性和數據傳輸的復雜性，導致DNC網絡通訊故障不易定位和排查。

某日，接到車間數控技術員電話，說是有一臺DNC設備不能從服務器下載零件的NC加工代碼文件，但可以上傳NC代碼文件。由于本月生產任務急，希望能盡快解決。

故障分析

筆者單位的數控機床接入DNC網絡主要有兩種方式，一種最近幾年購買的新機床，以網口直接接入；另一種是過去購買的老機床，用單串口服務器接入，每一單串口服務器對應一臺數控加工設備，安裝在機床控制柜或控制面板箱內，其一端通過RS-232C接口與數控機床的串口相連接，另一端通過RJ45接口直接連入企業局域網。DNC網絡結構如圖1所示。

圖1 DNC網絡結構圖

DNC系統是將數控技術、計算機技術和網絡技術等先進技術進行集成的軟硬一體系統，發生故障的環節較多，故障原因難以確定。不能下載零件NC加工代碼文件的故障表明DNC服務器與DNC設備不能正常通訊和進行數據交換，這可能是TCP/IP網絡故障，也可能是DNC系統中負責機床通訊的端口設置不當等軟件故障，必須從服務器端、機床數控系統以及局域網的硬件和軟件等多方面一一進行排查。

本次發生故障的DNC設備是以單串口服務器接入DNC網絡的,型號為MOXA NPort 5110（如圖 2）。該串口服務器主要有兩個作用：一是將來自TCP/IP協議數據包,解析為串口數據流，反之，也可以將串口數據流轉換成TCP/IP協議數據包；二是提供了串口轉網絡功能，能夠將RS-232串口轉換成TCP/IP網絡接口，實現了RS-232串口與TCP/IP網絡接口的數據雙向透明傳輸，連接網絡進行數據通訊，擴展串口設備的通信距離。因此，串口服務器的故障直接影響DNC網絡的通訊以及數據傳輸功能，必須將串口服務器也列入排查范圍，只有正確配置串口服務器，才能確保協議轉換和網絡通訊正常。

故障排查

根據故障分析，筆者從TCP/IP網絡和DNC系統兩個方面進行故障排查。

1.TCP/IP網絡

串口服務器NPORT 5110上Link指示燈代表網絡連接狀態，正常工作狀態為綠色長亮；若熄滅，則表示DNC系統存在網絡故障，此時應和網絡管理員配合用測線儀等網絡檢測工具檢查網絡線路、各級交換機以及網絡設置是否正確。

檢測局域網物理連接的聯通狀態時，常使用Ping命令進行。與故障DNC設備相連的單串口服務器德IP地址是135.42.26.10。登錄DNC服務器,打開CMD，運行“ping 135.42.26.10 -t”命令，命令能夠被正確執行，LOST丟包率為%，沒有丟包現象，相應時間TIME＜1ms,也沒有延遲現象。以Web形式登錄串口服務器的配置界面，檢查IP地址、子網掩碼等網絡參數也符合要求。觀察串口服務器NPORT 5110上Link指示燈長亮，說明局域網物理連接狀態良好，可以排除網絡故障。

圖2 單串口服務器MOXA NPort 5110

2.通訊端口設置

串口通信最重要的參數是波特率、數據位、停止位、奇偶校驗和流控制。不同的數控系統的通訊端口參數設置不同。對于兩個進行通訊的二進制串行端口，這些參數必須相同。

故障DNC設備的數控系統為FANUC 18M，系統通訊接口為RS-232C。串口通信參數如下：波特率為9600，數據位為7，停止位為2，奇偶校驗為偶，流控制采用軟件控制，XOn字符為“ASCII 17/ DC1”，XOff 字符為“ASCII 19 / DC3”。

經檢查，DNC服務器的端口參數、串口服務器上的端口參數、數控系統上串口通信參數設置完全相同，符合FANUC系統的通訊要求；串口服務器的工作模式為Real COM Mode（虛擬串口），虛擬串口與對應的串口服務器也進行了IP綁定，可以排除端口設置不正確引起的通訊故障。

3.串口通訊電纜

排查到此，局域網通訊正常，DNC服務器端和設備端通訊端口設置、串口服務器工作模式配置正確，所有可能引起通訊故障的主要因素都已排查完畢，仍然沒有定位故障的確切原因。

仔細回想一下，我發現自己還忽略了DNC網絡的最后一段線路沒有排查，這就是串口通訊電纜。串口通訊電纜用于串口服務器和機床數控系統的兩個串口之間的通訊連接，串口通訊電纜的物理損傷或虛焊、接觸不良都會導致通訊故障，看來必須對串口通訊電纜進行排查了。

故障解決

立即查閱了有關資料，對串口通訊電纜的通訊方式和接線方法進行了解。

該DNC設備采用的RS-232C接口是現代工業控制最常見的通訊接口，它是在1969年由美國電子工業協會（EIA）制定的，用于在數據終端設備（DTE）和數據通訊設備（DCE）之間的串行二進制數據交換接口。最初為25針串口（DB25），后來簡化為9針串口（DB9）。

表1 RS-232C串口通信接線方法（三線制）

串口傳輸數據只要有接收數據針腳和發送針腳就能實現，最為簡單且常用的是三線制接法（見表1），即GND信號地、RXD接收數據和TXD發送數據三腳相連。具體接法為：RXD接收數據針腳（或線）與TXD發送數據針腳（或線）相連，彼此交叉，GND信號地對應相接。

立即趕往車間，打開設備的電器控制柜，發現該機床使用的通訊電纜是采用屏蔽雙絞線手工焊接的，雙絞線一共有8根銅線，使用了其中3根，一端與九孔的串口轉接座的引腳焊接后，再插入串口服務器MOXA NPort 5110的9針串口；另一端直接焊在設備的25針RS-232C的串口針腳上，其中有1根銅線脫落。

對照RS-232C串口通信接線方法表1，脫落的銅線與DB-25的RXD接收數據的引腳3相連。因此，當從DNC設備遠程請求下載程序時，引腳3所連銅線脫落導致接收數據的線路物理故障，不能與服務器進行通訊，無法連接服務器接收數據,在數控系統中就看不到程序列表了，自然也就無法下載零件NC加工代碼文件。而用于發送的TXD發送數據銅線物理聯通正常，當然可以正常上傳NC代碼文件到DNC服務器了。

找來電工師傅，將設備斷電后，把脫落的銅線與25針RS-232C串口相對應的針腳3焊好，重啟設備后，上傳和下載零件NC加工代碼文件都取得了成功。到此，零件NC加工代碼文件只能上傳不能下載故障完全消失。

經驗總結

此次DNC故障排查，從TCP/IP網絡和DNC系統兩個方面著手，綜合分析，逐步推進，最后確定為DNC網絡的最后一段通訊電纜的物理故障。學習和應用了數控技術、計算機網絡技術和DNC系統等多種專業知識，受益非淺。筆者認為要想成為一個合格的DNC系統管理員需要掌握有關計算機網絡技術和DNC數據通訊技術等多種專業知識，這樣解決起問題來才會事半功倍，取得較好的效果。