工廠數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)管理

陳孝尚

（申科滑動(dòng)軸承股份有限公司，浙江 諸暨 311800）

在以信息技術(shù)為代表的高新技術(shù)大面積應(yīng)用的背景下，制造企業(yè)面臨著越來越激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭。這種情況下，如何應(yīng)用、管理好數(shù)控機(jī)床及相關(guān)設(shè)備，促使數(shù)控機(jī)床充分發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，就成為制造企業(yè)必須面臨的課題。而工廠數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)管理主要指在一臺(tái)（或多臺(tái)）中央計(jì)算機(jī)內(nèi)，對(duì)一臺(tái)（或多臺(tái)）數(shù)控機(jī)床實(shí)施綜合數(shù)字控制，其可以有效提升工廠數(shù)控機(jī)床管理水平。基于此，對(duì)工廠數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)管理方案進(jìn)行適當(dāng)分析非常必要。

1 工廠數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)框架構(gòu)建

針對(duì)現(xiàn)階段制造企業(yè)內(nèi)部數(shù)控程序量大、無法實(shí)現(xiàn)信息共享、管理效率低下、工藝參數(shù)統(tǒng)計(jì)難度大等問題，在工廠數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)框架構(gòu)建時(shí)，可以引入EXTJS框架技術(shù)（基于Web的富客戶端框架），進(jìn)行B/S（瀏覽器/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)的WEB型數(shù)控機(jī)床程序化管理系統(tǒng)開發(fā)。即利用開源軟件，搭建Windows+MySQL+Apache+Php架構(gòu)，最大限度節(jié)約工廠數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)框架構(gòu)建成本。整個(gè)系統(tǒng)僅需安裝通用瀏覽器，就可以在JAVA Script操作的支持下，進(jìn)行界面刷新及數(shù)據(jù)重構(gòu)、系統(tǒng)維護(hù)升級(jí)。

2 工廠數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)方式選擇

工廠數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)方式主要包括TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）直接連接方式、通過數(shù)據(jù)采集模塊連接、通過串口連接、通過Extreme DNC（網(wǎng)絡(luò)群控軟件）系統(tǒng)連接等。具體如下：

（1）TCP/IP直接連接方式。TCP/IP直接連接方式主要適用于數(shù)控機(jī)床中采用西門子840DSL/828DSL等系統(tǒng)帶OPC-UA協(xié)議的情況。TCP/IP直接連接方式不需額外增加過多硬件，可以直接利用數(shù)控機(jī)床自帶的網(wǎng)卡在機(jī)床、服務(wù)器間建立數(shù)據(jù)傳輸通道。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床操作狀態(tài)（自動(dòng)/手動(dòng)/MDI）、主軸倍率、進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給倍率、主軸功率、當(dāng)前使用刀具號(hào)、執(zhí)行程序名稱、執(zhí)行程序路徑、預(yù)警信息等內(nèi)容的實(shí)時(shí)采集。并能通過OPC-UA對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制操作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工。

（2）通過數(shù)據(jù)采集模塊連接。通過數(shù)據(jù)采集模塊連接主要適用于采用西門子802Dsl、802D的數(shù)控系統(tǒng)，其可以通過數(shù)控機(jī)床原系統(tǒng)自帶的數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。同時(shí)考慮到數(shù)控機(jī)床原系統(tǒng)版本較低，需要對(duì)原系統(tǒng)程序進(jìn)行修改，將數(shù)控機(jī)床基本狀態(tài)輸出至數(shù)據(jù)采集模塊。隨后經(jīng)過數(shù)據(jù)采集模塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，最后上傳至數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控服務(wù)器內(nèi)。通過數(shù)據(jù)采集模塊連接方式受數(shù)據(jù)量的限制，程序修改壓力較大，且需要額外配置信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、采集模塊。

（3）通過串口連接。通過串口連接主要適用于西門子840D/810D+MMC103的系統(tǒng)，主要是將所采集數(shù)據(jù)輸出值MMC103串口，經(jīng)串口服務(wù)器，將網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)絡(luò)。通過將以太網(wǎng)絡(luò)并入數(shù)控加工車間網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)管理。該模式需要額外增加串口服務(wù)硬件。

（4）通過Extreme DNC系統(tǒng)連接。通過Extreme DNC系統(tǒng)主要是通過宏程序輸出機(jī)床部分狀態(tài)至串口，隨后在服務(wù)器上進(jìn)行數(shù)控加工數(shù)據(jù)接收。整個(gè)聯(lián)網(wǎng)過程中，網(wǎng)絡(luò)布線模式仍然需要通過串口服務(wù)器轉(zhuǎn)換為TCP/IP模式，進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸，適用于幾乎全部的數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)。在網(wǎng)絡(luò)連接方式確定后，可以將帶屏蔽的超五類雙絞線布放至每一臺(tái)數(shù)據(jù)機(jī)床，并將交換機(jī)及兩臺(tái)多串口通訊服務(wù)器安裝在機(jī)柜內(nèi)。同時(shí)將帶有以太網(wǎng)接口的加工中心直接與交換機(jī)相連接，并通過同軸電纜，將面銑、六軸五聯(lián)動(dòng)機(jī)床與交換機(jī)串聯(lián)。其余數(shù)控機(jī)床可以利用RS232接口與多串口通訊服務(wù)器相連。隨后可以將兩臺(tái)多串口通訊服務(wù)器連接至交換機(jī)。最后，可以將交換機(jī)連接至電腦服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)接口，并在電腦服務(wù)器內(nèi)安裝Extreme DNC軟件及NCmanager軟件。

3 工廠數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)管理實(shí)現(xiàn)

（1）硬件配置。在工廠數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)管理硬件配置時(shí)，可以準(zhǔn)備一套含Extreme DNC server服務(wù)器、文件編輯器、文件比較器、軌跡繪圖的Extreme DNC軟件及一套NCmanager數(shù)控程序管理軟件、一臺(tái)多串口通訊服務(wù)器、自適應(yīng)交換機(jī)（含16口100M交換機(jī)及4口10M帶BNC接頭交換機(jī)）、50Ω同軸電纜、T型頭、終端頭、全部RJ45帶屏蔽水晶頭、帶屏蔽的超五類雙絞線、惠普服務(wù)器、RS232插頭等。同時(shí)準(zhǔn)備一臺(tái)3KVA的UPS電源、一個(gè)機(jī)柜、兩個(gè)配線架、五個(gè)理線器。除此之外，考慮到工廠數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需要全天候不間斷穩(wěn)定運(yùn)行，在硬件配置時(shí)，應(yīng)綜合考慮接線工藝可靠性、硬件壽命及服務(wù)器質(zhì)量、臨時(shí)停電等因素，準(zhǔn)備充足的備件。

（2）技術(shù)部署。以往工廠數(shù)控機(jī)床管理模式主要為串聯(lián)模式，在任意硬件、或者軟件發(fā)生故障時(shí)，會(huì)對(duì)多臺(tái)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率造成較大影響。再加上RS232傳輸距離限制，在線路傳輸距離超出15m時(shí)需要進(jìn)行長距離接收器及PC機(jī)的設(shè)置，成本較高。基于此，可以利用傳感器技術(shù)，在數(shù)控機(jī)床上安裝電壓傳感器、溫度傳感器、速度傳感器、壓力傳感器、激光傳感器、位移傳感器等，對(duì)數(shù)控機(jī)床刀具、運(yùn)動(dòng)軸、內(nèi)部機(jī)械或電氣部件狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)時(shí)采集振動(dòng)、聲音、溫度等信息并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信息。隨后經(jīng)RS232/RS485/IO口，傳輸給數(shù)據(jù)傳輸終端。在這個(gè)基礎(chǔ)上，利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，運(yùn)行管理者通過手機(jī)端或者PC端，對(duì)數(shù)控機(jī)床所處運(yùn)行狀態(tài)及制作工序進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量、運(yùn)行效率的自動(dòng)核算。并以報(bào)警信息、波形診斷數(shù)據(jù)、系統(tǒng)識(shí)別、伺服相關(guān)數(shù)據(jù)、主軸相關(guān)數(shù)據(jù)、數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)、PLC的I/O狀態(tài)數(shù)據(jù)等形式，自動(dòng)記錄儲(chǔ)存與工件坐標(biāo)、螺距補(bǔ)償、刀補(bǔ)參數(shù)、故障信息參數(shù)有關(guān)的數(shù)據(jù)，為后續(xù)維修、保養(yǎng)提供依據(jù)。

（3）功能實(shí)現(xiàn)。遠(yuǎn)程控制功能是工廠數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)管理的關(guān)鍵功能，對(duì)于每一臺(tái)數(shù)控機(jī)床而言，均具有接收箱、發(fā)送箱兩個(gè)模塊，數(shù)控機(jī)床管理人員僅需根據(jù)零件圖號(hào)在工廠數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中輸入一條遠(yuǎn)程指令，就可以調(diào)用對(duì)應(yīng)加工程序，實(shí)現(xiàn)便捷管理。在遠(yuǎn)程控制程序調(diào)用時(shí)，首先，數(shù)控機(jī)床管理人員需要將指定子目錄中全部程序拷貝至服務(wù)器發(fā)件箱。即打開“COPYDIR”文件，將首行括號(hào)內(nèi)容修改為需要調(diào)用的子目錄名稱，并將子目錄存放在服務(wù)器共享目錄內(nèi)。同時(shí)發(fā)送“COPYDIR”至PC端服務(wù)器，由PC端服務(wù)器自動(dòng)將發(fā)件箱清空后將共享目錄下全部程序拷貝至發(fā)件箱。其次，數(shù)控機(jī)床管理人員需要調(diào)用遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)件箱內(nèi)部目錄清單，獲得需要調(diào)用的數(shù)控機(jī)床加工程序名稱。最后，在獲得需要調(diào)用的加工程序名稱后，數(shù)控機(jī)床管理人員可以進(jìn)行遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)件箱內(nèi)加工程序的直接調(diào)用。

（4）應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。工廠數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)管理的實(shí)現(xiàn)，可以做到在任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)上直接控制任意一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，提高數(shù)控機(jī)床控制靈活度。同時(shí)由于工廠數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)線路連接方式為典型星型組網(wǎng)，設(shè)備故障僅會(huì)影響對(duì)應(yīng)設(shè)備，不受線路傳輸長度及周邊設(shè)備的限制，可保證工廠數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)管理可靠性。一方面，對(duì)于工廠數(shù)控機(jī)床管理者而言，工廠數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)管理的實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)知維修，及早發(fā)現(xiàn)故障隱患，并在遠(yuǎn)程診斷和服務(wù)系統(tǒng)的指導(dǎo)下解決故障，減少機(jī)床停機(jī)時(shí)間，降低機(jī)床停機(jī)損失。另一方面，對(duì)于數(shù)控機(jī)床使用者而言，工廠數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)管理的實(shí)現(xiàn)，可以最大限度減少維護(hù)服務(wù)費(fèi)用、時(shí)間，保證數(shù)控機(jī)床正常發(fā)揮作用。同時(shí)工廠數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，可以對(duì)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)、使用情況進(jìn)行質(zhì)量跟蹤，發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行缺陷，為加工件質(zhì)量、效率提升提供依據(jù)。

4 結(jié)語

綜上所述，以往工廠數(shù)控機(jī)床管理過程中，需要在機(jī)床、計(jì)算機(jī)兩端同時(shí)操作，操作難度較大，再加上每一臺(tái)數(shù)控機(jī)床校驗(yàn)位、設(shè)定傳輸速率、停止位均不一致，需要頻繁更改傳輸程序，管理過程較為繁瑣。基于此，應(yīng)利用EXTJS框架技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)頁型數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)的開發(fā)。從數(shù)控機(jī)床程序源頭入手，進(jìn)行簡便、高效管理，保證數(shù)控程序版次分明、查詢便捷，為工廠數(shù)控機(jī)床加工、管理效率的提升提供依據(jù)。