基于工業(yè)以太網(wǎng)的數控機床網(wǎng)絡(luò )控制系統

　　將制造車(chē)間的數控設備與計算機聯(lián)網(wǎng)構成DNC（DistributedNumericalContro1）系統，已成為實(shí)現CAD／CAM一體化及計算機輔助生產(chǎn)管理集成化迫切需要解決的核心技術(shù)之一。而通信網(wǎng)絡(luò )的實(shí)現又是構建集成DNC系統的最關(guān)鍵的技術(shù)，它一般包括兩個(gè)層次，上層是DNC主機與CAD／CAM／CAPP、 MRPII系統幣睥間服務(wù)器的通信，下層是DNC主機與車(chē)間各種數控設備的通信數控機床聯(lián)網(wǎng)的方法很多引，如串行通信方法口、MAP通信技術(shù)、現場(chǎng)總線(xiàn)、以太網(wǎng)等。這些通信方法雖然在一定程度上實(shí)現了數控機床的聯(lián)網(wǎng)，但在應用中它們或多或少地存在一些不足。為了提高數控機床聯(lián)網(wǎng)控制系統的可集成性和滿(mǎn)足實(shí)時(shí)調度功能，筆者提出了基于工業(yè)以太網(wǎng)的數控機床聯(lián)網(wǎng)控制系統。

　　1 系統結構

　　系統的結構主要根據實(shí)際需要而選定，需要考慮的因素主要有車(chē)間的環(huán)境、工廠(chǎng)的自動(dòng)化程度與管理層的信息集成等。系統采用工業(yè)以太網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò )平臺，工業(yè)以太網(wǎng)的抗干擾設計保證了在車(chē)間惡劣劣環(huán)境下的通信暢通及實(shí)時(shí)性，且易于與管理層集成。系統采用總線(xiàn)+星型的拓撲結構。主干網(wǎng)采用總線(xiàn)結構，易于組成冗余環(huán)網(wǎng)。局部采用星型結構，避免了某一臺設備的故障影響其他設備。系統的拓撲結構如圖1如示。

　　實(shí)現數控機床和工業(yè)以太網(wǎng)連接的協(xié)議轉換器實(shí)質(zhì)就是工業(yè)以太網(wǎng)數據包與RS232數據包的轉換器。它向上接人工業(yè)以太網(wǎng)，采用工業(yè)級RJ45接口形式，向下連接帶有RS232串口的數控機床。協(xié)議轉換器可以作為數控機床的一個(gè)部件安裝在機床上。

　　2 系統功能

　　2．1通訊功能
　
（1）NC程序的雙向傳輸所有數控設備實(shí)施聯(lián)網(wǎng)集中管理，利用網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行NC程序（包括機床參數，刀補文件，宏程序等）的雙向傳輸，從而實(shí)現NC程序的海量存儲、集成化管理。將每臺數控機床定義為客戶(hù)端設備，利用數控系統自身的通訊端口（一般為RS一232）、通訊功能，操作工可在數控機床端進(jìn)行數據的雙向傳輸以及訪(fǎng)問(wèn)管理服務(wù)器端數據的全部操作，服務(wù)器端對數控端的操作請求自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)處理而無(wú)需人為干預。保證所有入網(wǎng)數控設備可在同一時(shí)刻進(jìn)行并發(fā)式的通訊傳輸。
　
（2）在線(xiàn)加工需要數控系統本身支持在線(xiàn)加工功能，可實(shí)現斷點(diǎn)續傳、子程序調用等功能。

（3）數據共享讓操作工在本地數控設備訪(fǎng)問(wèn)其他數控設備或虛擬機床信息，方便零件轉移加工。

　　2．2控制功能

　　在該模塊中DNC服務(wù)器與CNC進(jìn)行通訊，可以實(shí)時(shí)采集數控機床的加工狀態(tài)、聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)、刀具信息、操作履歷，以及對刀具壽命進(jìn)行管理。并且通過(guò)一定的權限確認，可以在線(xiàn)修改各種設備參數和運行參數，從而實(shí)現底層設備的完全監控。通過(guò)對采集到的工況數據進(jìn)行處理，可以及時(shí)獲取加工業(yè)績(jì)、機床利用率等生產(chǎn)管理所需要的數據。由于生產(chǎn)狀況的千變萬(wàn)化，生產(chǎn)過(guò)程中會(huì )出現很多隨機的情況，因此不同地點(diǎn)、不同部門(mén)的專(zhuān)業(yè)人員要對同一設備進(jìn)行工作，就需要有一個(gè)自由交流的平臺，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現信息交互、經(jīng)驗交流，最終實(shí)現設備的遠程監控。遠程監控模塊是利用計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，提供廣域范圍內共享資源的平臺，并為實(shí)時(shí)監測監控、故障診斷提供支持。用戶(hù)可以隨時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )查詢(xún)設備運行狀態(tài)以及設備現場(chǎng)的工況，對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的遠程監控。

　　2．3NC程序管理

　　NC程序作為加工過(guò)程中非常重要的一部分資源，對其進(jìn)行高效的數據化管理已經(jīng)成為DNC系統不可缺少的一部分。NC程序的管理根據管理目標對象的不同又可分為對程序進(jìn)行生命周期內的管理和NC程序內部信息管理。

　　對NC程序的內部屬性進(jìn)行管理主要包括程序號、程序注釋、零件圖號、所加工的零件號、加工工序號、加工范圍、機床、用戶(hù)信息等進(jìn)行管理。在該系統中可對程序根據圖號、零件名稱(chēng)、工序、機床等進(jìn)行多種條件的復合查尋，同時(shí)對加工程序編輯歷程、所用刀具清單、工藝卡片等進(jìn)行管理。數控程序員編寫(xiě)的加工程序有時(shí)不可能一次就達到加工要求，根據加工過(guò)程，將程序分為4個(gè)狀態(tài)：①編輯——程序分處各編程軟件指定的文件夾中，由程序員加載至程序庫時(shí)關(guān)聯(lián)信息包括：程序號，程序名，程序文本，零件號，零件名稱(chēng)，工藝文件名稱(chēng)，工序號，工步號，編寫(xiě)者，編寫(xiě)日期，刀具表，零件圖片。②試切——處在試切驗證階段的程序。③鎖定——試切無(wú)誤從機床回傳到計算機中的程序。④定型——審核定型歸檔的程序。

　　程序管理流程為：編程人員（有編輯修改的權限）編好的程序在完成修改、仿真校驗等工作后加載人相應數據庫試切驗證區，同時(shí)填表完成NC程序關(guān)聯(lián)信息的輸入，此時(shí)程序處于編輯狀態(tài)，經(jīng)編程主管（有解鎖的權限）審核同意后，將程序改成調試狀態(tài)，此后可發(fā)送到機床試切，也可以從機床的控制面板上遠程調用程序；試切驗證和調試無(wú)錯誤的程序經(jīng)程序主管的同意后發(fā)回到數據庫的鎖定區，此時(shí)程序狀態(tài)為鎖定；經(jīng)過(guò)技術(shù)主管（有批準的權限）審核無(wú)誤后，正式進(jìn)入數據庫定型歸檔，程序變成只讀屬性，以后不能再修改了（只有個(gè)別有權限的人可改）。整個(gè)管理流程如圖2。

　　3 系統關(guān)鍵部件——轉換器設計

　　工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議與RS232串口協(xié)議轉換器的工作原理是，把來(lái)自串口設備的任何信息透明地傳輸到工業(yè)以太網(wǎng)上的任何一臺計算機，也可以把來(lái)自上層的任何控制信息透明地傳輸給數控設備。通過(guò)為協(xié)議轉換器配置IP地址，數控機床成為網(wǎng)中的一個(gè)節點(diǎn)，從而達到集中管理數控機床的功能，如文件傳輸、狀態(tài)監控等。協(xié)議轉換器的結構如圖3所示。

　　協(xié)議轉換器就是一種嵌入式系統。采用PHILIPS公司生產(chǎn)的 ARM（AdvancedRISCMachines）芯片作為處理器，在A(yíng)RM公司的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境ADS1．2（ARMDeveloperSuit） [中，通過(guò)在芯片上移植實(shí)時(shí)操作系統C／OS-Ⅱ及TCP／IP協(xié)議，開(kāi)發(fā)基于C／OS-Ⅱ的串口監控軟件，實(shí)現了串17數據到工業(yè)以太網(wǎng)數據包的轉換。其工作過(guò)程如下：串口監控軟件一旦發(fā)現串17有數據到達，觸發(fā)一個(gè)中斷，系統調用協(xié)議轉換中斷服務(wù)程序，將數據轉換為工業(yè)以太網(wǎng)數據包，然后通過(guò)智能交換機發(fā)給管理層計算機。整個(gè)工作過(guò)程如圖4所示。

　　4 結語(yǔ)

　　工業(yè)以太網(wǎng)通信可以滿(mǎn)足車(chē)間數控機床網(wǎng)絡(luò )控制的通信要求，基于工業(yè)以太網(wǎng)的DNC系統使車(chē)間乃至整個(gè)企業(yè)的信息網(wǎng)與DNC通信網(wǎng)絡(luò )得以統一。達到全車(chē)間信息的完整性、通透性、一致性，而且可以直接將數控機床接人 [nternet，實(shí)現遠程信息的傳輸，適應了網(wǎng)絡(luò )制造的需要。由T-T．,_IIeVAX～已經(jīng)成為工業(yè)現場(chǎng)控制發(fā)展的趨勢，以此技術(shù)實(shí)現的數控機床網(wǎng)絡(luò )控制系統性能可靠，易于在企業(yè)中推廣莉應用，具有廣闊的應用前景．