網絡數控制造系統中常用DNC通訊接口模式

　　DNC 分布式數字控制（ DiSTributed Numerical Control） , 是以計算機技術、通訊技術、數控技術等為基礎， 把數控機床與上層控制計算機集成起來， 從而實現數控機床的集中控制、管理， 以及數控機床與上層控制計算機間的信息交換。它是現代機械加工企業實現設備集成、信息集成、功能集成的一種新方法， 是制造自動化的重要模式， 也是實現CIMS 等集成制造系統的重要組成部分。

　　在過去十幾年， 人們將大量的精力投向FMS（Flexible ManufactureSystem）系統的研究， 但實際應用結果表明， FMS 的這種不僅注重信息流的集成， 更強調物流的集成與自動化， 雖然具有運行效率高和自動化程度高等優點， 但投資風險大、見效慢、可靠性較差。相對于FMS, DNC 是投資小、見效快、并具有較好柔性的集成制造系統。隨著計算機技術、數控技術和網絡通信技術的發展， DNC 的內涵和功能也在不斷擴大， 目前DNC 系統已具備制造數據傳送、狀態數據采集與處理、刀具管理、生產調度與監控、單元控制和CAD/CAPP/CAM接口等功能。

　　在分析現有DNC 主機與數控系統通信接口功能的基礎上， 從DNC 通信接口功能的角度可將DNC 分為基本DNC、狹義DNC 和廣義DNC 三種。基本內容如表1 所示。

表1 DNC 分類

　　目前， 在實際DNC 系統集成應用中，常采用基于串行口通訊的接口模式、以太網絡模式。筆者重點對以上DNC 的二種通訊接口模式分別介紹。

　　1 基于串行口通訊的DNC 接口模式

　　利用數控機床提供的RS232C 或RS485 接口， 采用點對點型或星形拓撲結構， 實現串行通信。這是目前在車間中應用最多的一種通信方法， 但這種通信方法存在工控微機多、投入成本高、管理和維護工作量大和易于出錯等缺點。目前使用的數控系統大多帶有RS232C 串行通信接口。利用該RS232C 接口可直接實現基本DNC 通信和狹義DNC 通信功能。

　　1.1 帶串口擴展卡的DNC 通訊接口模式

　　帶串口擴展卡的DNC 接口模式是上世紀90 年代中期出現的模式， 如圖1 所示， 在當時大家還普遍使用單機傳輸的年代， 此方式是一種創新， 可以說它代表了當時我國DNC 產品的最高水平。MOXA C320Turbo 卡（ 或其它多路串行通訊卡） 是通過ISA（ 或PCI） 插卡的方式與計算機連接， 再通過一根帶屏蔽的10 芯電纜線連接通訊模塊， 每個通訊模塊帶8 個通訊口， 可以實現多個通訊模塊級聯， 每個通訊口最多帶8 個節點， 每個計算機又可以擴展4 個ISA（ 或PCI） 插卡， 這樣一臺計算機最多可以擴展256 個RS- 232 接口。通訊模塊與計算機之間距離不能太長， 一般在十幾米左右。

　　1.2 帶串口服務器的DNC 通訊接口模式

　　串口服務器的功能是將來自TCP/IP 協議的數據包， 解析為串口數據流； 反之， 也可以將串口數據流打成TCP/IP 協議的數據包，從而實現數據的網絡傳輸， 它能將多個串口設備連接并能對串口數據流進行選擇和處理， 把現有的RS232 接口的數據轉化為IP 端口的數據， 這樣就能夠將傳統的串行數據送上流行的IP 通道， 而無須過早的淘汰原有的不帶以太網模塊的數控系統設備， 從而提高現有設備的利用率， 節約了投資， 簡化了布線， 如圖2 所示。在數據處理方面， 串口服務器完成的是一個面向連接的RS232 鏈路和面向無連接以太網之間的通訊數據的存儲控制， 系統對來自串口設備的串口數據流進行處理， 并進行格式轉換， 使之成為可以在以太網中傳播的數據幀，對來自以太網的數據幀進行判斷， 并轉換成串行數據送達響應的串口設備。在實際應用方面， 串口服務器將具有TCP/IP 協議的以太網接口映射為Windows 操作系統下的一個標準串口，應用程序可以像對普通串口一樣對其進行收發和控制， 因此，串口服務器在數控系統組網中的功能是把來自數控系統的任何信息透明地傳輸到局域網上的任何一個計算機， 也可以把來自局域網的任何信息透明地傳輸給數控設備； 相當于局域網和串口設備的網關通過為串口服務器配置IP 地址， 使數控機床成為局域網中的一個節點， 從而擁有局域網的部分功能， 實現資源共享。