网络数控制造系统中常用DNC通讯接口模式

　　DNC 分布式数字控制（ DiSTributed Numerical Control） , 是以计算机技术、通讯技术、数控技术等为基础， 把数控机床与上层控制计算机集成起来， 从而实现数控机床的集中控制、管理， 以及数控机床与上层控制计算机间的信息交换。它是现代机械加工企业实现设备集成、信息集成、功能集成的一种新方法， 是制造自动化的重要模式， 也是实现CIMS 等集成制造系统的重要组成部分。

　　在过去十几年， 人们将大量的精力投向FMS（Flexible ManufactureSystem）系统的研究， 但实际应用结果表明， FMS 的这种不仅注重信息流的集成， 更强调物流的集成与自动化， 虽然具有运行效率高和自动化程度高等优点， 但投资风险大、见效慢、可靠性较差。相对于FMS, DNC 是投资小、见效快、并具有较好柔性的集成制造系统。随着计算机技术、数控技术和网络通信技术的发展， DNC 的内涵和功能也在不断扩大， 目前DNC 系统已具备制造数据传送、状态数据采集与处理、刀具管理、生产调度与监控、单元控制和CAD/CAPP/CAM接口等功能。

　　在分析现有DNC 主机与数控系统通信接口功能的基础上， 从DNC 通信接口功能的角度可将DNC 分为基本DNC、狭义DNC 和广义DNC 三种。基本内容如表1 所示。

表1 DNC 分类

　　目前， 在实际DNC 系统集成应用中，常采用基于串行口通讯的接口模式、以太网络模式。笔者重点对以上DNC 的二种通讯接口模式分别介绍。

　　1 基于串行口通讯的DNC 接口模式

　　利用数控机床提供的RS232C 或RS485 接口， 采用点对点型或星形拓扑结构， 实现串行通信。这是目前在车间中应用最多的一种通信方法， 但这种通信方法存在工控微机多、投入成本高、管理和维护工作量大和易于出错等缺点。目前使用的数控系统大多带有RS232C 串行通信接口。利用该RS232C 接口可直接实现基本DNC 通信和狭义DNC 通信功能。

　　1.1 带串口扩展卡的DNC 通讯接口模式

　　带串口扩展卡的DNC 接口模式是上世纪90 年代中期出现的模式， 如图1 所示， 在当时大家还普遍使用单机传输的年代， 此方式是一种创新， 可以说它代表了当时我国DNC 产品的最高水平。MOXA C320Turbo 卡（ 或其它多路串行通讯卡） 是通过ISA（ 或PCI） 插卡的方式与计算机连接， 再通过一根带屏蔽的10 芯电缆线连接通讯模块， 每个通讯模块带8 个通讯口， 可以实现多个通讯模块级联， 每个通讯口最多带8 个节点， 每个计算机又可以扩展4 个ISA（ 或PCI） 插卡， 这样一台计算机最多可以扩展256 个RS- 232 接口。通讯模块与计算机之间距离不能太长， 一般在十几米左右。

　　1.2 带串口服务器的DNC 通讯接口模式

　　串口服务器的功能是将来自TCP/IP 协议的数据包， 解析为串口数据流； 反之， 也可以将串口数据流打成TCP/IP 协议的数据包，从而实现数据的网络传输， 它能将多个串口设备连接并能对串口数据流进行选择和处理， 把现有的RS232 接口的数据转化为IP 端口的数据， 这样就能够将传统的串行数据送上流行的IP 通道， 而无须过早的淘汰原有的不带以太网模块的数控系统设备， 从而提高现有设备的利用率， 节约了投资， 简化了布线， 如图2 所示。在数据处理方面， 串口服务器完成的是一个面向连接的RS232 链路和面向无连接以太网之间的通讯数据的存储控制， 系统对来自串口设备的串口数据流进行处理， 并进行格式转换， 使之成为可以在以太网中传播的数据帧，对来自以太网的数据帧进行判断， 并转换成串行数据送达响应的串口设备。在实际应用方面， 串口服务器将具有TCP/IP 协议的以太网接口映射为Windows 操作系统下的一个标准串口，应用程序可以像对普通串口一样对其进行收发和控制， 因此，串口服务器在数控系统组网中的功能是把来自数控系统的任何信息透明地传输到局域网上的任何一个计算机， 也可以把来自局域网的任何信息透明地传输给数控设备； 相当于局域网和串口设备的网关通过为串口服务器配置IP 地址， 使数控机床成为局域网中的一个节点， 从而拥有局域网的部分功能， 实现资源共享。

例如MOXA CN2516 多路串口服务器， 在组网时它可以是局域网络上的一个节点， 通过HUB 或交换机来与NC 程序管理计算机相连， 这样， 它可以放在车间的任一固定位置上， 大大减少了车间到管理中心部门的布线， 另外， CN2516 还可以在多台计算机上安装其驱动程序， 多台计算机可同时进行监视控制， 给用户的维护工作带来方便， 网络结构如图3 所示。

图3 带串口服务器的广义DNC 网络结构图

串口服务器真正的优势以及价值的体现并不是表现在直连方式的应用上， 将设备连接到以太网