數控機床網絡化方法研究

摘要：本文對數控機床網絡化的可行性、必要性進行了分析。從組網結構上對數控機床網絡化方法進行研究，闡述了不同結構下機床網絡化的優缺點。

關鍵詞：機床網絡化;串口;CAD/CAM;DNC

1.引言

信息技術和計算機網絡技術的發展使世界經濟正經歷著一場深刻的革命，這場革命對于制造業的影響也極其重大，使得機床開始向數控機床柔性制造系統的方向發展，而當前主要是以運用信息技術和網絡技術實現工廠的網絡化制造為主要發展趨勢^[1]。整個企業網絡化制造的基礎是設備的網絡化，而設備層的網絡化制造包括設備的遠程控制、遠程故障診斷、設備資源的異地共享和設備及生產現場的遠程監視等方面。

2機床網絡化的必要性和可行性

2.1機床網絡化的必要性

隨著數控技術的不斷成熟和完善，數控機床的加工精度，加工速度，穩定性等指標已經達到了一個較高的水平，提高企業生產效率的途徑正在從提升單臺機床的加工能力向實現整個車間的網絡化控制轉變^[2]。對于整套的生產線，實現網絡化是實現生產線整體加工流程的前提，而對于數控機床獨立加工的車間，進行整個車間數控機床的網絡化建設，同樣是提高生產效率，確保機床加工安全性和可靠性的有力手段。

2.2 機床網絡化的可行性

網絡化制造給企業帶來生產率和經濟效益的同時也對機床產生了兩個基本的要求：一是網絡技術，即機床本身能夠應用網絡技術進行系統集成;二是信息技術，即機床本身要支持管理軟件對其信息進行采集和管理。較為先進的數控系統能夠滿足以上的兩個要求，本身帶有網絡接口，可以方便、快捷地實現客戶機與服務器及機床之間的數據交換。對于只具有串行通信的數控機床來說，可以通過RS232端口實現數控程序的接收和發送，這種信息傳送方式就是DNC（Direct Numerical Control），同樣可以實現機床的網絡化。

3數控機床網絡化方法分析

網絡化制造的前提就是用電子計算機對具有數控裝置的機床群直接進行聯機控制和管理，這就是DNC（Direct Numerical Control）。機床聯網系統主要包括：網絡服務器、局域網線、CAD/CAM計算機、CNCLINK-4.0管理系統、聯網系統主控機、遠程通訊接口、通訊電纜、數控機床。其中網絡服務器、局域網線、CAD/CAM系統和數控機床是企業已存在的資源。按照數控機床網絡化連接的要求將數控機床分為兩種，一種是具有網絡接口的先進數控機床，另一種是只具有串行通信接口的傳統數控機床。

3.1 串口通信數控機床組網

3..1局域網結合點對點式結構

應用網絡服務器實現車間局域網和Internet的連接。具有DNC接口的數控機床，可直接通過串行通信實現數據的傳輸和機床信息的采集，對于不具有DNC接口的數控機床，需要為計算機添加信息采集卡。機床操作人員在計算機上通過瀏覽器獲取數控程序、作業計劃等制造數據，把需要下載的數據，下載到本地計算機上，再通過串行傳輸通信軟件把數控程序傳輸給數控機床，這屬于點對點式結構。

這種結構可以實現在計算機上瀏覽和編輯數控程序，查看計劃、零件圖形和工件加工配置信息，同時計算機可以進行工件加工狀態收集、工序數據和勞動力數據收集。但是由于為每臺數控機床均配置計算機，導致車間內的計算機過多，企業的一次性投資過大，投資回報期長，后期還存在大量計算機的維護工作和機床操作人員的培訓工作。

3.1.2 局域網一對多式結構

由于點對點式的局域網絡結構給企業的一次性投資較大，可以考慮采用一臺多串口設備服務器，實現多臺數控設備與以太網的連接，這樣在以太網上的任意一臺計算機都可以對該網絡中的任意一臺數控機床進行數控加工程序、零件圖形下載上傳等操作，這種結構屬于一對多式。

這種結構具有降低成本的優勢，在采用功能強大的計算機作為服務器時，其數據采集和下載的性能也是可以保證的，具有很強的實用性。但當作為連接多臺計算機的服務器發生故障時，其所連接的機床網絡將全部無法使用，而點對點的連接方式則不用擔心這樣的問題，機床與機床之間互不影響。

3.1.3采用具有以太網接口PLC的局域網結構

還可以應用具有以太網接口的串口服務器實現車間局域網（以太網）和數控機床串行通信口的連接，實現數據的傳輸。如果考慮同時實現數據傳輸和機床信息采集功能，串口服務器可采用具有以太網接口的可編程邏輯控制器（PLC），這種可編程邏輯控制器同時具有信號輸入輸出口、串行通信接口和以太網接口，其串行通信口與機床的串行接口連接實現數據的傳輸，而信號輸入口和機床的信息采集點連接實現信息的采集。把這種適應DNC通信系統要求的串口服務器稱為DNC控制器，可集成在數控機床控制柜中。根據數控機床通信協議，可編制不同的通信軟件并保存在串口服務器中，實現異構DNC的構建，如圖1。

這種結構的優點是能夠減少計算機的數量，從而降低投資回報期，是一種簡潔高效的解決方案，同時這還能針對不同類型的數控設備開發通訊程序，建立通訊協議庫。其缺點是，與采用一臺服務器連接多個機床相比，對每一臺數控機床安裝這樣一個DNC控制器的成本相對較高。

3.2車間網絡化結構

要實現整個車間的網絡化，應該根據車間所具有機床數量和數控系統情況具體分析，圖2是車間網絡化結構的示意圖，其中包括一對多的局域網結構和應用具有以太網接口的可編程邏輯控制器（PLC）的結構，還包含了可以采用網絡接口直接連接到以太網的先進數控機床。這就構成了車間的DNC平臺，再將各個機床的數據上傳到網絡服務器之后就可以實現遠程用戶通過互聯網實現對數控機床程序和數據的遠程讀取和操作，同時還可以提取機床的故障信息等，實現遠程故障診斷的功能。

4 結語

整個企業網絡化制造的基礎是設備的網絡化，而設備層的網絡化制造包括設備的遠程控制、遠程故障診斷、設備資源的異地共享和設備及生產現場的遠程監視等方面，這些功能的實現，尤其是對不同數控系統的網絡化建設具有很大的挑戰，值得進一步研究和實踐。

參考文獻

[1]史晉芳，張華，吳健.基于嵌入式的數控網絡化技術研究[J].機械設計與制造，2007（8）.

[2]汪惠芬，劉婷婷，張友良.基于網絡的數控機床遠程管理[J].機床與液壓，2007（10）..

作者簡介：德懿，女，1983年5月生，工程師，自動化專業，工學學士。沈陽機床（集團）有限責任公司。