0引言

    計算機技術、網絡技術以及數控設備的快速發展，給制造業帶來了一場新的變革和重大影響。數控加工越來越趨向于網絡化、集成化。網絡化制造已經成文先進制造技術中一個機器重要的發展方向，網絡DNC系統更是近些年制造企業進行網絡化制造的重點建設內容。為了適應當今制造業對網絡化制造人才的需求，我校機電綜合工程訓練中心建設了自己的網絡DNC系統。

    分布式數控或計算機直接數控(Distributed Numefical Control或Direct Numerical Control，DNC)，其最初含義是一臺中央計算機同時控制多臺數控機床。隨著計算機技術、通信技術和CIMS技術的發展，DNC的內涵和功能不斷擴大，它已經開始著眼于車間的信息集成，針對車間的生產計劃、技術準備和加工操作等基本作業進行集中監控與分散控制，把生產任務通過局域網分配給各個加工單元，并使之信息相互交換。而對物流等系統可以在條件成熟時再擴充，既適用于現有的生產環境，提高了生產率，又節省了成本。DNC強調信息的集成與信息流的自動化，物料流的控制與執行，可大量介入人機交互。相對柔性制造系統(FMS)，DNC是投資少、見效快，并具有較好柔性的多個數控加工設備的集成制造系統?，是車間自動化的重要組成形式，對工廠自動化具有十分重要的意義。

    其中通信技術是DNC系統最關鍵的技術，是DNC系統實現設備集成和信息集成的基礎。本文將對我校DNC系統的通信結構和通信技術進行分析研究。

    1 DNC系統的通信網絡結構

    1．1 DNC系統通信基本原理

    計算機的RS232串口與數控設備上面的RS232串口通過以太網按照相關數據傳輸協議實現遠距離的數據傳輸，在傳輸過程中需要進行兩次數據轉換，第一次是通過計算機把RS232信號轉換成以太網的RJ45，這個過程通過計算機本身的轉換模塊就能完成；第二次是將以太網的RJ45轉換為數控設備所能接收的RS232信號，這一步通過協議轉換來完成。

    1．2 DNC系統的網絡結構

    1．2．1系統通信硬件介紹

    DNC通信系統除了數控設備、計算機和以太網絡以外，還需要以下幾種硬件。

    1)智能終端：將數控設備的RS232接口轉換為以太網絡的RJ45接口的設備，其內部具有CPU、內存和系統軟件。智能終端的大小和香煙盒類似，可以直接安裝在數控設備的控制機柜內，有1口和2口不同規格。本系統采用Moxa公司生產的Moxa4511或Mox．5210或NC601智能終瑞。

    2)串口交換機：可同時將多個RS232串口數控設備接入以太網絡的交換機，有8口和16 口等規格。串口交換機與智能終端比，其優勢在于價格低廉。

    3)無線網橋：將智能終端有線網絡橋接到無線網絡的設備。本系統采用Linksys公司生產的WET11無線網橋。

    4)無線交換機：與有線交換機功能相同，區別在于其無線方式。本系統采用Linksys公司生產的WAP54G無線交換機。

    1．2．2系統聯網方案

    網絡DNC支持的數控設備的接入方式主要有以下四種：多串口卡、智能終端(串口交換機)、無線方式和電力網。其中多串口卡因其傳輸距離過短而受到很大的限制，其應用范圍非常有限；電力網主要用于異地通信；智能終端(串口交換機)適用于局域網且車間分布比較集中的情況。而無線方式適用于數控設備較多且分布比較分散的情況。基于實驗室數控設備較多且分布的車間比較分散的實際情況，本系統采用無線方式，如圖1所示。

    系統運用協議轉換聯網控制方案，使DNC系統的主服務器通過以太網，借助無線方式把RS232信號傳給數控設備，即在數控設備端形成一個虛擬的RS232串口與之相連。目前以太網TCP／IP與RS232串口協議轉換已模塊化，采用模塊化后的產品，管理和維護均較為方便，從而可提高系統的穩定性與抗干擾性能。

    1．2．3系統無線通信設備布局及連線

    使用Linksys套件(WAP54G+WET11)無線通信，前端需要配有Moxa公司生產的Moxa4511或Mox-a5210或NC601。無限交換機WAP54G的安裝，最好放在車間內部的高處，天線向下輻射，放置越高輻射范圍越廣。無線網橋WET11盡量放在機床金屬外殼外的頂部，以避免WETll信號干擾機床系統。Moxa公司生產的智能終端安置在數控設備內部一端與WET11通過數據線相連，另一端與數控設備的RS232串口相連。具體的系統聯網方式如圖1所示。智能終端與數控設備之間的連接情況如表1所示。

    NC設備與DNC服務器的通信DNC系統通信過程中最關鍵的問題就是如何創造性地應用通信技術、NC設備與服務器各自通信參數的設置以及通信的穩定性和實時性。分頁

    2．1 DNC系統通信技術

    DNC主機與數控系統的通信主要有串行通信、計算機局域網和現場總線三種方式。本中心的DNC系統采用的是串行通信方式。串行通信是指通信的發送方和接收方之間數據信息的傳輸是在單根線上，以每次一個二進制01為最小單位進行傳輸。串行通信的傳輸速度要比并行通信慢得多，但串行通信可顯著降低通信線路的價格，簡化設備，并可利用現有的電話電纜線路，在任何兩點通話的設備之間，配置適當的通信接口實行串行通信。串行通信通常可采用并行或串行兩種傳輸方式，并行傳輸抗干擾能力差，不宜用于長距離傳輸，尤其是在環境較惡劣的加工車間。串行方式使用線路少，單向的串行傳遞只要一條信號線，而并行傳遞方式中傳送的每一位都要一條信號線，在較長距離的數據傳遞中采用串行方式比較經濟，而且可避免在遠程運輸時，多條線路的線間干擾和禍合。因此，對如NC加工程序等可靠性要求很高的長距離傳輸，多采用串行方式。

    為實現串行通信并保證數據的正確傳輸，要求通信雙方遵循其中約定的規程。目前在Pc機及數控系統中最簡單、最常用的規程是異步通信控制規程，或異步通信協議，其特點是通信雙方以幀作為數據傳輸單位。每一幀從起始位開始，后跟數據位(位長度可選)、奇偶位(奇偶校驗)，最后以停止位結束。l幀的數據格式如圖2所示。

    圖2中，起始位通常使用I位表示；數據位使用5-8位表示一個字符內容；校驗位使用奇或偶表示，有時也可用無校驗位；停止位常用1或2位表示，有時也用其他方式表示；空位為時間間隔，沒有一定限制。每一位的0或I代表電平的低或高，每一位的時間長度由傳輸速率，即波特率決定。一幀的傳輸大致有以下步驟。

    1)無傳輸：通信線路上處于邏輯I狀態，或稱傳號，表明線路無數據傳輸。

    2)起始傳輸：發送方在任何時刻將通信線路上的邏輯l狀態拉至邏輯0狀態發出一個空號，表明發送方要開始傳輸數據。接收方在接收到空號后，開始與發送方同步，并希望收到隨后的數據。

    3)數據傳輸：起始位跟著要發送或接收的一串位序列，即表示一個字符代碼(5、6、7或8位不等，由雙方協議確定并保持不變。數據位傳輸規定最低位在前，最高位在后。數據的確定是根據實際需求以獲得最佳傳輸速度。

    4)奇偶傳輸：數據位之后是可選擇的奇偶位發送或接收。奇偶位的邏輯狀態取決于奇偶校驗類型是一致的。

    5)停止傳輸：奇偶位之后是發送或接收的停止位，其邏輯狀態恒為I，位時間可在I、1．5或2位選擇，且必須保證在每幀傳輸間均相同。

    發送方在發送完1幀后，可連續發送下一幀，也可隨機發送下一幀。在這兩種情況下，當接收方收到傳號后，雙方取得同步。通信雙方除遵循相同的數據傳輸幀格式外，為確保傳輸數據的正確性，雙方還要具有相同的數據傳輸率：每秒傳輸的二進制位數。在不使用調制解調器的通信線路上，其導數就是所謂的波特率(Baud Rate)。常用的波特率為300、600、1200、2400、4800和9600等。

    2．2通信參數的設置

    串行通信參數包括：波特率、數據位、奇偶校驗、停止位數、反饋字符、握手方式、結束代碼和換行符等。設置時要求相應參數必須和數控設備(數據機床等)自身的串口通信參數相同，否則無法進行數據傳輸。

    2．2．1機床系統參數設置

    本中心的數控設備有五種操作系統，分別為SIEMENS-802C、FANUC OiMate-Tc、MTSUBISHIE60、GSK980TA和華中21世紀星。下面就以SIEMENS-802C為例，其數控設備通信參數的設置如表2所示。

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    2．2．2 DNC服務器參數設置

    本系統采用北航海爾公司開發的CAXA軟件DNC通信模塊。在該模塊中，用鼠標點擊參數設置區的"添加機床"按鈕，系統會彈出一個新的"傳輸參數設置"對話框(如圖3所示)，用戶只需要按照對話框中的要求把通信參數填好即可。

    在對數控設備的通信參數進行設置時必須要保證與DNC服務器之間的一致性，此外波特率的設定要根據系統的具體情況進行設置，不能為了提高速度而一味地提高波特率，過大或過小的波特率都可能導致通信效率的下降。

    2．3系統的通信規范

    任何一種系統都有自己特殊的程序頭格式，例如SIEMENS-802C的程序頭，就必須按以下格式書寫，否則機床不接收。

    第一行："％_N_M11_MPF"。

    注釋：％為起始符號，N為程序名起始符，M11為程序名稱，MPF為程序文件格式(擴展名，MPF及西門子默認的加工代碼)。

    第二行(也可以不要)："；$PATH=／_N_MPF_DIR"。

    注釋："；"為西門子注釋，"$PATH"為路徑起始符號，N為名稱起始，此處的MPF為目錄名稱，DIR為類型(西門子系統中DIR代表目錄)。此外代碼中注釋行可以使用中文，但是不允許使用全角的標點符號。

    3 結語

    本文對我校機電綜合工程訓練中心DNC系統的通信結構和應用的通信技術進行了研究，實踐表明，該系統的通信部分運行良好，可靠性和實時性均能得到保障。