0 引言

　　數(shù)控機床具有功能強大的控制系統(tǒng), 這些控制系統(tǒng)除了能完成工件生產(chǎn)加工自動化控制和監(jiān)控以外,還能為生產(chǎn)加工管理系統(tǒng)提供大量有價值的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)通信接口為上層數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)所采用。

　　DNC (Direct Numerical Control或Distributed Nu2merical Control) 計算機直接數(shù)控或計算機群控, 是用一臺或多合計算機對多臺數(shù)控機床實施綜合數(shù)字控制。其實質是一種建立在數(shù)控系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信方式。它可以充分發(fā)揮和拓展數(shù)控系統(tǒng)強大的功能, 它也是實現(xiàn)CIMS (計算機集成制造系統(tǒng)) 的基礎。

　　DNC剛剛出現(xiàn)時, 存在的問題是信息的通信問題, 那時信息存儲的介質是穿孔紙帶。當時的DNC系統(tǒng)應保證從計算機到各個NC系統(tǒng)的讀、寫操作可靠, 防止在穿孔紙帶中出現(xiàn)問題, 縮短NC數(shù)控加工程序的修改時間。

　　隨著計算機技術的發(fā)展, 串口通訊逐漸被廣泛應用于DNC, 穿孔紙帶逐步退出了歷史舞臺。在這一階段, 很多沒有串口的數(shù)控機床為了適應DNC而進行了改造, 很多工程技術人員為此做了很多工作?，F(xiàn)場總線在DNC系統(tǒng)中也是有用武之地的, 在很多DNC系統(tǒng)中采用了它?；诖谕ㄓ嵉腄NC系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展, 一直到現(xiàn)在也非常活躍, 這是與制造業(yè)大環(huán)境分不開的。但筆者認為這不是方向, 基于網(wǎng)絡的DNC系統(tǒng)才是未來發(fā)展的方向。

1 TDNC簡介

　　現(xiàn)在一些數(shù)控系統(tǒng)(比如TDNCX2004)支持LAN (局域網(wǎng)) 的技術, 這就給我們打造基于網(wǎng)絡的DNC 系統(tǒng)提供了條件。下面, 簡單介紹一下TDNCX2004數(shù)控系統(tǒng)。

　　TDNCX2004數(shù)控系統(tǒng)是以嵌入式微控制器構建的開放結構數(shù)控系統(tǒng), 并實現(xiàn)了采用層次化網(wǎng)絡激活機制的現(xiàn)場狀態(tài)監(jiān)控方案。采用了嵌入式微控制器作為處理基礎, 首先, 其可靠性是傳統(tǒng)封閉結構數(shù)控系統(tǒng)所反復證明了的(這也是當前傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)還在廣泛應用的一個重要原因) , 而微控制器更是由于其固有的嵌入式結構, 配套以專門為數(shù)控加工設計的實時操作系統(tǒng), 使得系統(tǒng)運行的任務分配體現(xiàn)數(shù)控加工的優(yōu)先級特征和實時性的要求, 同時, 沒有對資源的過多占用, 沒有其它不相關硬件的干擾, 從而使系統(tǒng)很純粹地用于所需的加工控制。其次, 支持高速網(wǎng)絡傳輸?shù)奈⑻幚砥骷捌渑涮譊SP處理芯片, 在網(wǎng)絡傳輸速度上滿足工業(yè)級現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、處理、上傳及控制返回信息的速度要求, 為遠程狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷提供了穩(wěn)定的網(wǎng)絡實現(xiàn)平臺。TDNCX2004 數(shù)控系統(tǒng)的這些特點非常易于構成DNC系統(tǒng)。

2 硬件結構

　　在TDNCX2004給我們提供了條件的同時, LAN技術的飛速發(fā)展也為我們打造基于網(wǎng)絡的DNC系統(tǒng)夯實了路基。近年來, 以太網(wǎng)的發(fā)展取得了本質性的飛躍, 80213 標準已相繼把以太網(wǎng)速度從原始的10Mbp s提高到100Mbp s以至到今天的1000Mbp s, 足夠的帶寬和交換式集線器的應用解決了以太網(wǎng)的不確定性問題, 使以太網(wǎng)有能力滿足實時系統(tǒng)的要求。還有HP公司的100VG - AnyLAN ( IEEE802112) , 也是100Mbp s的解決方案, 而且兼容80213和80215的信息楨, 而且保留原有的網(wǎng)絡和電纜框架結構。

　　基于以上條件, 本文提出基于LAN的通信技術。其硬件拓撲結構如圖1 所示。用計算機和TDNCX2004型多功能數(shù)控銑床以及TDNCX15A型多功能數(shù)控銑床等機床構成車間級LAN。DNC服務器可以是一臺, 也可以是多臺, 一臺DNC服務器能連接多臺NC機床, 同時還能很方便地與上位機連接,組成高效的DNC系統(tǒng)。在DNC系統(tǒng)中能進行機床數(shù)據(jù)的采集、處理和報告, 進而實行生產(chǎn)監(jiān)控。TDNCX2004型多功能數(shù)控銑床等支持LAN技術的機床, 所以直接掛在LAN 上, TDNCX15A 型多功能數(shù)控銑床等不直接支持LAN技術的機床可以通過一臺機旁PC接入LAN。

　　基于LAN和TDNC的DNC系統(tǒng)是一種很具透明性、一致性而且容易實現(xiàn)運行穩(wěn)定可靠的DNC系統(tǒng)。首先, LAN的技術已經(jīng)很成熟了, 這就意味著運行穩(wěn)定可靠, LAN 的應用面也很廣, 幾乎所有領域包括很多工控系統(tǒng)都建立在LAN的基礎上, 這就意味著兼容性強, 還有LAN采用的是國際通用的協(xié)議標準, 很透明, 很一致。其次, TDNC數(shù)控系統(tǒng)是以嵌入式微控制器構建的開放結構數(shù)控系統(tǒng), 并實現(xiàn)了采用層次化網(wǎng)絡激活機制的現(xiàn)場狀態(tài)監(jiān)控方案, 支持高速網(wǎng)絡傳輸?shù)奈⑻幚砥骷捌渑涮譊SP處理芯片, 在網(wǎng)絡傳輸速度上滿足工業(yè)級現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、處理、上傳及控制返回信息的速度要求, 為遠程狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷提供了穩(wěn)定的網(wǎng)絡實現(xiàn)平臺, 這也為此DNC系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行打下了堅實的基礎。不僅如此,此系統(tǒng)還很容易與Internet互連, 從而進入更加廣闊的領域。

3 軟件系統(tǒng)

　　DNC的軟件系統(tǒng)包括DNC通信、數(shù)控程序編輯、數(shù)控程序管理、刀具管理、狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷、與CIMS接口等程序模塊, 其結構如圖2所示。

　　DNC通信應用程序模塊負責通過LAN 與TDNC數(shù)控系統(tǒng)通信, 相互調用程序、數(shù)據(jù), 既可以由DNC服務器向TDNC數(shù)控系統(tǒng)下載程序, 也可以由TDNC數(shù)控系統(tǒng)向DNC服務器上傳程序; 數(shù)控機床的工作狀態(tài)、運行參數(shù)也可以由DNC通信應用程序模塊上傳至DNC服務器。程序編輯、管理模塊負責編寫機床側難于編寫的數(shù)控程序, 例如, 復雜曲面加工手動編程很難實現(xiàn), 必須在計算機上進行自動編程, 程序編輯、管理模塊就負責編寫這些程序, 并且進行管理, 還有數(shù)控機床上傳來的程序, 也要進行統(tǒng)一管理, 以便于機床調用。刀具的有關情況由刀具管理模塊進行管理, 以便于機床調用。狀態(tài)監(jiān)測模塊把由DNC通信應用程序模塊上傳至DNC服務器數(shù)控機床的工作狀態(tài)、運行參數(shù)進行分析、顯示, 對數(shù)控機床的狀態(tài)進行監(jiān)測。故障診斷模塊把由DNC通信應用程序模塊上傳至DNC服務器數(shù)控機床的工作狀態(tài)、運行參數(shù)進行分析計算, 得出數(shù)控機床是否有故障的初步結論, 或者數(shù)控機床是否接近故障臨界狀態(tài), 供數(shù)控機床操作人員參考。DNC與CIMS的接口程序模塊是DNC系統(tǒng)和SIMS進行數(shù)據(jù)交換的軟接口, 是DNC系統(tǒng)的最重要的模塊之一。DNC控制應用程序模塊是DNC系統(tǒng)的內(nèi)核, 它來負責其它模塊協(xié)調一致地進行工作。

4 結論

　　DNC系統(tǒng)的任務不是簡單地把程序傳給數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)在線加工, 而是要能夠把DNC系統(tǒng)成功融入到CIMS中去。LAN 的技術成熟, 穩(wěn)定可靠, TDNC是基于嵌入式微控制器的結構, 提供數(shù)據(jù)傳輸所需要的軟硬件接口, 而且支持LAN?；贚AN 和TDNC數(shù)控系統(tǒng)的DNC系統(tǒng)正是充分利用了以上特點, 而且使二者緊密結合, 很適合CIMS的需要, 希望基于LAN和TDNC數(shù)控系統(tǒng)的DNC系統(tǒng)能夠為SIMS的發(fā)展添磚加瓦。