0 引言

　　數控機床具有功能強大的控制系統, 這些控制系統除了能完成工件生產加工自動化控制和監控以外,還能為生產加工管理系統提供大量有價值的數據。這些數據可以通過數據通信接口為上層數據處理系統所采用。

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

　　DNC剛剛出現時, 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系統應保證從計算機到各個NC系統的讀、寫操作可靠, 防止在穿孔紙帶中出現問題, 縮短NC數控加工程序的修改時間。

　　隨著計算機技術的發展, 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。現場總線在DNC系統中也是有用武之地的, 在很多DNC系統中采用了它。基于串口通訊的DNC系統得到了很大的發展, 一直到現在也非常活躍, 這是與制造業大環境分不開的。但筆者認為這不是方向, 基于網絡的DNC系統才是未來發展的方向。

1 TDNC簡介

　　現在一些數控系統(比如TDNCX2004)支持LAN (局域網) 的技術, 這就給我們打造基于網絡的DNC 系統提供了條件。下面, 簡單介紹一下TDNCX2004數控系統。

　　TDNCX2004數控系統是以嵌入式微控制器構建的開放結構數控系統, 并實現了采用層次化網絡激活機制的現場狀態監控方案。采用了嵌入式微控制器作為處理基礎, 首先, 其可靠性是傳統封閉結構數控系統所反復證明了的(這也是當前傳統數控系統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, 配套以專門為數控加工設計的實時操作系統, 使得系統運行的任務分配體現數控加工的優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, 從而使系統很純粹地用于所需的加工控制。其次, 支持高速網絡傳輸的微處理器及其配套DSP處理芯片, 在網絡傳輸速度上滿足工業級現場數據采集、處理、上傳及控制返回信息的速度要求, 為遠程狀態監測和故障診斷提供了穩定的網絡實現平臺。TDNCX2004 數控系統的這些特點非常易于構成DNC系統。

2 硬件結構

　　在TDNCX2004給我們提供了條件的同時, LAN技術的飛速發展也為我們打造基于網絡的DNC系統夯實了路基。近年來, 以太網的發展取得了本質性的飛躍, 80213 標準已相繼把以太網速度從原始的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的不確定性問題, 使以太網有能力滿足實時系統的要求。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型多功能數控銑床以及TDNCX15A型多功能數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。在DNC系統中能進行機床數據的采集、處理和報告, 進而實行生產監控。TDNCX2004型多功能數控銑床等支持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系統是一種很具透明性、一致性而且容易實現運行穩定可靠的DNC系統。首先, LAN的技術已經很成熟了, 這就意味著運行穩定可靠, 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議標準, 很透明, 很一致。其次, TDNC數控系統是以嵌入式微控制器構建的開放結構數控系統, 并實現了采用層次化網絡激活機制的現場狀態監控方案, 支持高速網絡傳輸的微處理器及其配套DSP處理芯片, 在網絡傳輸速度上滿足工業級現場數據采集、處理、上傳及控制返回信息的速度要求, 為遠程狀態監測和故障診斷提供了穩定的網絡實現平臺, 這也為此DNC系統的穩定可靠運行打下了堅實的基礎。不僅如此,此系統還很容易與Internet互連, 從而進入更加廣闊的領域。

3 軟件系統

　　DNC的軟件系統包括DNC通信、數控程序編輯、數控程序管理、刀具管理、狀態監測和故障診斷、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數控系統通信, 相互調用程序、數據, 既可以由DNC服務器向TDNC數控系統下載程序, 也可以由TDNC數控系統向DNC服務器上傳程序; 數控機床的工作狀態、運行參數也可以由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控程序, 例如, 復雜曲面加工手動編程很難實現, 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, 還有數控機床上傳來的程序, 也要進行統一管理, 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。狀態監測模塊把由DNC通信應用程序模塊上傳至DNC服務器數控機床的工作狀態、運行參數進行分析、顯示, 對數控機床的狀態進行監測。故障診斷模塊把由DNC通信應用程序模塊上傳至DNC服務器數控機床的工作狀態、運行參數進行分析計算, 得出數控機床是否有故障的初步結論, 或者數控機床是否接近故障臨界狀態, 供數控機床操作人員參考。DNC與CIMS的接口程序模塊是DNC系統和SIMS進行數據交換的軟接口, 是DNC系統的最重要的模塊之一。DNC控制應用程序模塊是DNC系統的內核, 它來負責其它模塊協調一致地進行工作。

4 結論

　　DNC系統的任務不是簡單地把程序傳給數控系統實現在線加工, 而是要能夠把DNC系統成功融入到CIMS中去。LAN 的技術成熟, 穩定可靠, TDNC是基于嵌入式微控制器的結構, 提供數據傳輸所需要的軟硬件接口, 而且支持LAN。基于LAN 和TDNC數控系統的DNC系統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數控系統的DNC系統能夠為SIMS的發展添磚加瓦。