串行通信技術(shù)在DNC通信系統中的應用

當控制計算機與各數控機床相距較遠時(shí)，一般采用串行通信方式而不采用并行通信方式。這是因為并行通信系統的造價(jià)較高、眾多的連線(xiàn)不僅容易引入干擾，也容易發(fā)生線(xiàn)路故障?？刂?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/系統">系統中常用的串行通信一般采用RS-232C串行總線(xiàn)標準。RS-232C是電子工業(yè)協(xié)會(huì )(EIA)推薦的一種普及型異步通信總線(xiàn)標準，目前已廣泛應用到了計算機系統中外圍設備與主機的連接中。

但是RS-232C應用于計算機系統時(shí)存在如下問(wèn)題：

(1)傳送距離過(guò)近：由于受負載電容容許值的限制，其傳送距離一般不得超過(guò)15M;

(2)電平偏移：由于信號地公用且通信雙方的信號地需連結在一起，RS-232C應用于長(cháng)距離通信時(shí)信號地線(xiàn)上會(huì )存在較大的電流，使得電平發(fā)生偏移，容易造成傳輸錯誤;

(3)潛在的接地問(wèn)題：RS-232C總線(xiàn)有一個(gè)信號地和一個(gè)屏蔽保護地，通信中，雙方的信號地需連在一起，但是屏蔽保護地卻不一定允許接在一起，同時(shí)DTE的信號地與屏蔽保護地之間又不一定絕緣，這就存在一個(gè)潛在的接地問(wèn)題，使得系統的抗干擾能力較差。

為了擴大串行通信的有效傳輸距離，提高通信傳輸速率，增強抗干擾能力，EIA制定了RS-422/485串行總線(xiàn)通信標準，也叫雙端接口電氣標準或平衡傳輸電氣標準。RS-422/485與RS-232C的關(guān)鍵不同之處在于將單端輸入改為雙端差分輸入，信號地不再共用，通信雙方的信號地不再連在一起。

RS-422/485的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)采用雙端差分輸入，總線(xiàn)的抗干擾能力強;

(2)互連雙方的信號地分立，兩條信號線(xiàn)形成回路，避免了電平偏移，同時(shí)也避免了RS-232C中的潛在接地問(wèn)題;

(3)輸出端采用雙端平衡驅動(dòng)，其信號放大倍數高，信號傳輸距離遠。RS-422支持全雙工串行通信，RS-485支持半雙工串行通信。

在本文涉及的DNC(Direct Numerical Control or Distributed Numerical Control)信息系統中，由于每個(gè)生產(chǎn)單元的數控機床數目都遠遠超過(guò)計算機所配置的串口數(一般為兩個(gè))，因此在本系統采用了臺灣MOXA公司生產(chǎn)的C320Turbo/PCI型多串口卡/板，以達到擴展串口的目的。同時(shí)為了擴大通信的有效傳輸距離，本系統采用了RS-232長(cháng)距光隔轉發(fā)器(串口長(cháng)線(xiàn)收發(fā)器FC232)。

在此基礎上，本文提出了一種滿(mǎn)足企業(yè)生產(chǎn)需求的數控機床數據傳輸系統的網(wǎng)絡(luò )結構，并對該結構中的DNC數據傳輸的實(shí)現進(jìn)行了詳細的描述。

1 系統網(wǎng)絡(luò )體系結構

圖1所示為DNC數據傳輸系統的網(wǎng)絡(luò )體系結構。整個(gè)DNC數據傳輸系統由管理層和設備層組成，管理層由1臺計算機、RS-232C通訊擴展卡/板及有關(guān)外圍設備組成，用來(lái)完成零件NC程序的管理和傳送等功能。設備層由數控機床和相應通訊接口組成，其中通信接口具有雙向傳送功能，實(shí)現NC程序或者控制程序的雙向傳輸。DNC系統除了常規的NC程序上/下載外，還能較好滿(mǎn)足邊加工邊傳遞NC程序的要求。

1 系統網(wǎng)絡(luò )結構

有兩點(diǎn)需要注意的是，(1)當所要控制和通信的數控機床數超過(guò)DNC主機自配置的串口時(shí)，將會(huì )帶來(lái)一定的不便。本系統采用MOXA Intellio C320Turbo/PCI多串口卡(C32010T/PCI)和多串口擴展板(C32047T)來(lái)實(shí)現串口擴展的問(wèn)題;(2)當DNC主機與數控機床通訊距離較遠時(shí)(超過(guò)15m)，使用標準的RS-232C電纜就不能進(jìn)行有效的通訊了。另外，通訊雙方設備使用電纜直通連接，在兩端設備不共地或引入處有電源干擾時(shí)，往往會(huì )毀壞設備接口。本系統采用RS-232長(cháng)距光隔轉發(fā)器(串口長(cháng)線(xiàn)收發(fā)器FC232，成對使用)來(lái)解決10Km以?xún)染嚯x的RS-232設備間通訊時(shí)的延長(cháng)距離和保護接口問(wèn)題，其中FC232可以直接插在C32047T上，圖中的線(xiàn)起的是示意作用。由于FC232可直接插于RS-232接口上，不需外接電源，兼容RS-232接口軟件編程標準，這也給工程人員施工帶來(lái)方便。

2 系統串行通信的實(shí)現

2.1 NC程序控制工作流程

NC控制系統工作流程如圖2所示：

在DNC串口通信程序中，串口擁有自己獨立的線(xiàn)程，這些線(xiàn)程包括串口信號監視線(xiàn)程、串口數據接收線(xiàn)程和串口數據發(fā)送線(xiàn)程。其中主線(xiàn)程主要負責處理NC加工程序編輯、通信協(xié)議數據庫、界面信息等，而輔助線(xiàn)程負責監視串口信號、串口數據接收和串口數據發(fā)送。用主線(xiàn)程來(lái)專(zhuān)門(mén)處理信息，使程序能迅速響應命令和其他事件，用輔助線(xiàn)程來(lái)完成費時(shí)的工作，這樣可以避免由主線(xiàn)程處理這些工作時(shí)阻塞程序信息的處理。DNC計算機與數控機床通信的具體過(guò)程如圖3。

2.2 功能實(shí)現的關(guān)鍵技術(shù)

數據通信功能實(shí)現主要依賴(lài)于串口的連接，而連接與否的關(guān)鍵在于串口屬性的設置和各設備之間的連接方式。由于各數控機床的通信協(xié)議存在著(zhù)差異，這就使得在設置通信串口屬性時(shí)與機床的配置一致。以FANUC-0T為例，該機床參數設置：TVON = 0;ISO = 1;I/O = 0;波特率設置參考0552參數;停止位設置參考0002參數的最后一位即STP(1為2，0為1)，默認為2;奇偶校驗位設置為EVEN;數據位設置為7。如果設置有誤將會(huì )造成通信錯誤或數據傳輸失真。

同樣，各數控機床通信協(xié)議的不同，使得各設備間的連接方式也就不同，也就是說(shuō)各串口之間的連線(xiàn)方法要有所不同，這里由于篇幅原因就不再贅述。

3 結束語(yǔ)

串行通信技術(shù)已在DNC通信系統中得到了廣泛的應用，其關(guān)鍵技術(shù)將主要圍繞提高NC程序傳送的正確性、快速性;減少信號干撓，提高可靠性等方面。使用VC語(yǔ)言編制的本DNC信息系統，實(shí)現制造過(guò)程的NC數據傳輸，該系統具有結構簡(jiǎn)單、運行快速、工作穩定等特點(diǎn)，易于實(shí)施，對促進(jìn)DNC技術(shù)的發(fā)展具有積極的意義。本文所述的DNC信息系統已在實(shí)際中得到了應用，并取得了良好的應用效果。