工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床（Computer numerical control machine tools）的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床動作數(shù)控折彎機(jī)并加工零件。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要根據(jù)實(shí)際需要而選定，需要考慮的因素主要有車間的環(huán)境、工廠的自動化程度與管理層的信息集成等。系統(tǒng)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(shè)計(jì)保證了在車間惡劣劣環(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(tǒng)采用總線+星型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。主干網(wǎng)采用總線結(jié)構(gòu)，易于組成冗余環(huán)網(wǎng)。局部采用星型結(jié)構(gòu)，避免了某一臺設(shè)備的故障影響其他設(shè)備。系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1如示。

實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床和工業(yè)以太網(wǎng)連接的協(xié)議轉(zhuǎn)換器實(shí)質(zhì)就是工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包與RS232數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)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(shù)控機(jī)床。協(xié)議轉(zhuǎn)換器可以作為數(shù)控機(jī)床的一個(gè)部件安裝在機(jī)床上。

2 系統(tǒng)功能

2．1通訊功能

（1）NC程序的雙向傳輸所有數(shù)控設(shè)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(jī)床參數(shù)，刀補(bǔ)文件，宏程序等）的雙向傳輸，從而實(shí)現(xiàn)NC程序的海量存儲、集成化管理。保證所有入網(wǎng)數(shù)控設(shè)備可在同一時(shí)刻進(jìn)行并發(fā)式的通訊傳輸。

（2）在線加工需要數(shù)控系統(tǒng)本身支持在線加工功能，可實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)續(xù)傳、子程序調(diào)用等功能。

（3）數(shù)據(jù)共享讓操作工在本地?cái)?shù)控設(shè)備訪問其他數(shù)控設(shè)備或虛擬機(jī)床信息，方便零件轉(zhuǎn)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(shù)控機(jī)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。并且通過一定的權(quán)限確認(rèn)，可以在線修改各種設(shè)備參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)底層設(shè)備的完全監(jiān)控。用戶可以隨時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)查詢設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及設(shè)備現(xiàn)場的工況，對生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2．3NC程序管理

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

作為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的“瘦客戶機(jī)”，NC主要依靠高速網(wǎng)絡(luò)工作，目前，百兆以至千兆網(wǎng)絡(luò)已普及，支持NC的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施已不成問題。NC一般沒有本地的外存儲設(shè)備和多余的端口，運(yùn)行的軟件和數(shù)據(jù)也都集中在服務(wù)器上，這樣的NC作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，病毒和黑客非常難入侵，數(shù)據(jù)的安全性大大提高。由于NC能由系統(tǒng)管理員集中管理，一個(gè)管理員能輕松地管理成百上千的NC。此外，NC更有成本低，無噪聲，高可靠等好處。當(dāng)然，NC的缺點(diǎn)是沒有PC那樣強(qiáng)大的處理能力和自由度，不能獨(dú)立工作，所以他不能代替PC。恰切地說，NC和PC各有所長，他們應(yīng)該互相補(bǔ)充，適應(yīng)不同的需求。

網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)是在一定應(yīng)用領(lǐng)域中和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，應(yīng)用程序運(yùn)行和數(shù)據(jù)存儲都在服務(wù)器上，本身沒有硬盤、軟驅(qū)、光驅(qū)，并具有PC功能的一種低成本、免升級、免維護(hù)、便操作、權(quán)管理、強(qiáng)安全、高可靠的終端客戶機(jī)。它能滿足管理者和大眾對信息處理和信息訪問的需求，是各行業(yè)信息化應(yīng)用細(xì)分的必然產(chǎn)物。

程序管理流程為：編程人員（有編輯修改的權(quán)限）編好的程序在完成修改、仿真校驗(yàn)等工作后加載人相應(yīng)數(shù)據(jù)庫試切驗(yàn)證區(qū)，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(quán)限）審核同意后，將程序改成調(diào)試狀態(tài)，此后可發(fā)送到機(jī)床試切，也可以從機(jī)床的控制面板上遠(yuǎn)程調(diào)用程序；試切驗(yàn)證和調(diào)試無錯(cuò)誤的程序經(jīng)程序主管的同意后發(fā)回到數(shù)據(jù)庫的鎖定區(qū)，此時(shí)程序狀態(tài)為鎖定；經(jīng)過技術(shù)主管（有批準(zhǔn)的權(quán)限）審核無誤后，正式進(jìn)入數(shù)據(jù)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(quán)限的人可改）。整個(gè)管理流程如圖2。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵部件——轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議與RS232串口協(xié)議轉(zhuǎn)換器的工作原理是，把來自串口設(shè)備的任何信息透明地傳輸?shù)焦I(yè)以太網(wǎng)上的任何一臺計(jì)算機(jī)，也可以把來自上層的任何控制信息透明地傳輸給數(shù)控設(shè)備。通過為協(xié)議轉(zhuǎn)換器配置IP地址，數(shù)控機(jī)床成為網(wǎng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，從而達(dá)到集中管理數(shù)控機(jī)床的功能，如文件傳輸、狀態(tài)監(jiān)控等。協(xié)議轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

協(xié)議轉(zhuǎn)換器就是一種嵌入式系統(tǒng)。采用PHILIPS公司生產(chǎn)的 ARM（AdvancedRISCMachines）芯片作為處理器，在ARM公司的集成開發(fā)環(huán)境ADS1．2（ARMDeveloperSuit） [中，通過在芯片上移植實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C／OS-Ⅱ及TCP／IP協(xié)議，開發(fā)基于C／OS-Ⅱ的串口監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)了串17數(shù)據(jù)到工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)換。其工作過程如下：串口監(jiān)控軟件一旦發(fā)現(xiàn)串17有數(shù)據(jù)到達(dá)，觸發(fā)一個(gè)中斷，系統(tǒng)調(diào)用協(xié)議轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)程序，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，然后通過智能交換機(jī)發(fā)給管理層計(jì)算機(jī)。整個(gè)工作過程如圖4所示。

4 結(jié)語

工業(yè)以太網(wǎng)通信可以滿足車間數(shù)控機(jī)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(tǒng)使車間乃至整個(gè)企業(yè)的信息網(wǎng)與DNC通信網(wǎng)絡(luò)得以統(tǒng)一。達(dá)到全車間信息的完整性、通透性、一致性，而且可以直接將數(shù)控機(jī)床接人 [nternet，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息的傳輸，適應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)制造的需要。由T-T．,_IIeVAX～已經(jīng)成為工業(yè)現(xiàn)場控制發(fā)展的趨勢，以此技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)性能可靠，易于在企業(yè)中推廣莉應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景．