【文章內(nèi)容簡介】 頻瀏覽為了能夠?qū)Σ僮鳈C床的人員、機床使用的狀態(tài)及零部件的合格率等情況進行及時的掌控，可以在數(shù)控機床上的安裝網(wǎng)絡(luò)攝像機，并且可以查看以往的監(jiān)控視頻。（6）用戶管理系統(tǒng)的管理人員可以對企業(yè)內(nèi)部人員、客戶及加盟商等成員的帳號信息和工作權(quán)限的設(shè)置和管理，從而保證用戶的權(quán)益。（7）在線加工采用在線加工功能可以實現(xiàn)與數(shù)控機床之間的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)信息的傳輸能夠從斷刀點處開始。在線加工功能可以解決數(shù)控機床內(nèi)存空間小且需要進行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息又非常大這一問題?；贒NC技術(shù)的通信與管理系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢是實現(xiàn)將多個車間、多種數(shù)控設(shè)備聯(lián)入到企業(yè)的局域網(wǎng)中，使得企業(yè)管理信息與數(shù)控機床加工信息的之間實現(xiàn)了共享以及傳輸[25]。采用串行通信技術(shù)可以實現(xiàn)一臺計算機與多臺數(shù)控機床之間進行數(shù)據(jù)信息的傳輸。目前在企業(yè)車間中廣泛采用的通信方法是運用數(shù)控機床自身攜帶的RS232C或RS485接口，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)采用點對點方式或星形方式來實現(xiàn)串行通信[26]。串行通信協(xié)議主要分為物理層、鏈路層和應(yīng)用層三層，通信速率可以在110?9600bit/s范圍內(nèi)選擇。物理層可以看做是具體的實現(xiàn)了鏈路層以及應(yīng)用層之間的相互關(guān)聯(lián)，使得信息的傳遞變的更加的順暢，沒有相互的干擾。然而采用串行通信技術(shù)進行數(shù)據(jù)信息的傳輸存在著以下的缺點，具體包括：，[27]。現(xiàn)場總線技術(shù)是一種先進的工業(yè)控制技術(shù)，主要應(yīng)用在與加工制造業(yè)等相關(guān)企業(yè)的現(xiàn)場數(shù)控設(shè)備中，可以實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點的數(shù)字通信的系統(tǒng)?？偩€通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用極大地促進了新的網(wǎng)絡(luò)集成式分布控制系統(tǒng)的出現(xiàn)和形成，此外網(wǎng)絡(luò)的集成化的控制體系可以完全達到過程控制以及加工制造自動化的相關(guān)要求。這是由于現(xiàn)場總線技術(shù)是通過數(shù)字通信的技術(shù)成立的，因此可以實現(xiàn)相互之間的功能轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)場總線技術(shù)作為制造業(yè)現(xiàn)場控制的先進網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中對總線技術(shù)要求最高的就是要具有可靠性和實時性的功能特點，而CAN總線在這方面最為突出[28]：在可靠性方面，CAN總線采用了多種錯誤檢測和糾錯措施來保證具備非常高的可靠性；此外，CAN總線采用了新穎獨特的位仲裁技術(shù)，比其他同類產(chǎn)品具有更高的實時性；CAN總線的傳輸速率可以達到1Mbs，由于接口的構(gòu)造簡單，因此其安裝、拆卸較方便，導(dǎo)致系統(tǒng)的費用較低。CAN總線非常多的優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)等傳輸介質(zhì)進行數(shù)據(jù)信息的傳輸。但是隨著信息技術(shù)的發(fā)展，總線技術(shù)還存在較多的問題，具體來說主要有以下幾個問題[29]：（1）各個開發(fā)廠商都有自己的專利總線技術(shù)，這就限制了它們總線技術(shù)之間很難實現(xiàn)相互間的兼容，導(dǎo)致它們的費用不斷提高；（2）如果所開發(fā)建造的總線協(xié)議與內(nèi)部的局域網(wǎng)的條款不同。這樣很難使得完成企業(yè)加工生產(chǎn)制造過程中的集成一體化的相關(guān)目標；（3）其線程總線的傳播速度很慢，目前使用較多的CAN總線的傳速，最高也只有IMbs，但是DNC總線需要對生產(chǎn)現(xiàn)場的加工狀況進行全程的監(jiān)控，這樣就會產(chǎn)生大量的音頻、視頻等等數(shù)據(jù)的相關(guān)傳輸，這樣很難滿足相關(guān)的要求。最近幾年，隨著工業(yè)技術(shù)的不斷革新，通信網(wǎng)絡(luò)在正在發(fā)展朝著以太網(wǎng)的方向發(fā)展。同時科研院所也熱衷于對工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)和TCP/IP技術(shù)的應(yīng)用研究，現(xiàn)在以太網(wǎng)的速度已經(jīng)可以達到1000Mbps，當高新技術(shù)等技術(shù)的使用完成了對以太網(wǎng)的不可靠問題的解決；而且，由于以太網(wǎng)端口的每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都設(shè)置了獨立的帶寬，這樣就避免了使用同一交換機的不同設(shè)備不會存在資源的相互爭奪利用現(xiàn)象，可以看作是每個設(shè)備獨立占用一個網(wǎng)段[30]。所以說企業(yè)中的DNC系統(tǒng)已經(jīng)開始使用基于以太網(wǎng)的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)。企業(yè)DNC系統(tǒng)采用以太網(wǎng)技術(shù)，可以減少企業(yè)的投資成本、維護成本和管理成本。由于以太網(wǎng)技術(shù)的通用性，企業(yè)對于以太網(wǎng)技術(shù)的維護和管理更為方便、快捷。同時企業(yè)可以利用原有的設(shè)備資源，并且可以實現(xiàn)企業(yè)的辦公網(wǎng)絡(luò)與車間數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)之間的相互連接[31]。所以，DNC系統(tǒng)使用最多的就是企業(yè)內(nèi)部的相關(guān)局域網(wǎng)系統(tǒng)。數(shù)控加工程序以及其他程序的發(fā)送和接收[32]都是通過Windows的相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)的接口Socket完成的工作。通常Socket是針對具體的服務(wù)器模型所開發(fā)研制的，從而確保服務(wù)器端的問題。這里將DNC系統(tǒng)的接收平臺作為Socket的客戶端，而串口服務(wù)器端作為Socket的服務(wù)器端。DNC系統(tǒng)的底層通信指的是數(shù)控機床系統(tǒng)與DNC系統(tǒng)接口之間的相互通信，其目的是完成加工制造業(yè)中的信息傳遞以及加工狀況信息的反饋。在國內(nèi)大多數(shù)地加工制造業(yè)當中，數(shù)控設(shè)備的種類非常的豐富，有效的解決了不同的數(shù)控設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)問題，具體如下[33]：（1）穿孔機輸入接口這種結(jié)構(gòu)將穿孔機的輸入接口與計算機的打印接口進行連接并把紙帶穿出來。通過使用這種結(jié)構(gòu)模型不用對任何硬件以及電路進行改造，只需要編寫出一個驅(qū)動程序供穿孔機使用。因為采用這種結(jié)構(gòu)不能消除相關(guān)的問題，因此也使用的較少。（2）紙帶閱讀機輸入接口這種模型結(jié)構(gòu)借鑒了數(shù)控系統(tǒng)的紙帶閱讀機輸入端的接口模式，也制造了一個外接的讀寫卡，設(shè)具體的紙帶閱的相關(guān)內(nèi)容的功能，可以實現(xiàn)與RS232接口的串行通信，還可以將DNC程序輸入到其它的地方，因此也及其少的使用。（3） RS232接口這種結(jié)構(gòu)是把數(shù)控系統(tǒng)的串行通信口與RS232串行通信接口進行相互連接，這樣就可以實現(xiàn)程序的下傳和上傳。目前在加工制造類企業(yè)中部分數(shù)控設(shè)備就是采用的使用這種接口。RS232接口廣泛應(yīng)用于PC和通信行業(yè)。RS232接口的傳輸方式是不平衡的，即單端通信方式。RS232的兩種常用端口引腳如表31所示。表31 RS232端口引腳說明表9 針端口（DB9)25 針端口（D25)針號功能說明所寫針號功能說明所寫1數(shù)據(jù)載波檢DCD8數(shù)據(jù)載波檢DCD2接收數(shù)據(jù)RxD3接收數(shù)據(jù)RxD3發(fā)送數(shù)據(jù)TxD2發(fā)送數(shù)據(jù)TxD4數(shù)據(jù)終端準DTR20數(shù)據(jù)終端準DTR5信號地GND7信號地GND6數(shù)據(jù)設(shè)備準備好DSR6數(shù)據(jù)設(shè)備準備好DSR7請求發(fā)送RTS4請求發(fā)送RTS8清楚發(fā)送CTS5清楚發(fā)送CTS9振鈴指示DELL22振鈴指示DELL（4）DNC接口這種DNC結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)中所帶的各種功能，具體的實現(xiàn)過程需要依靠插在DNC工作站和數(shù)控系統(tǒng)中的DNC接口卡并借助于專業(yè)軟件，現(xiàn)在僅僅在少數(shù)進口的高檔數(shù)控系統(tǒng)中有采用DNC接口技術(shù)的。（5）網(wǎng)絡(luò)接口這種結(jié)構(gòu)對于實現(xiàn)數(shù)控機床與車間局域網(wǎng)的相互連接較為容易，可以對企業(yè)中的分布式加工設(shè)備層進行合理有效的管理。這種接口技術(shù)只有在少數(shù)的進口高檔數(shù)控機床上出現(xiàn)過。（6）計算機直接數(shù)控計算機直接數(shù)控方式采用的是PC嵌入CNC模式實現(xiàn)的，可以用一臺計算機實現(xiàn)對多臺數(shù)控機床的控制[17]。數(shù)控機床的聯(lián)網(wǎng)設(shè)計主要運用在高檔數(shù)控機床上，帶有DNC接口或以太網(wǎng)接口，通常這類機床與車間的局域網(wǎng)是可以直接進行連接的[34]。串口服務(wù)器實現(xiàn)了把數(shù)控設(shè)備中的全部數(shù)據(jù)以及信息正確的傳輸?shù)搅司钟蚓W(wǎng)之中，反之也能夠把局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)信息傳輸給數(shù)控設(shè)備，可靠性高；其中串口服務(wù)器的作用就類似于網(wǎng)關(guān)的作用一樣。通過更改串口服務(wù)器的IP地址以及其設(shè)置的內(nèi)容，因此數(shù)控設(shè)備就成為了局域網(wǎng)中的一個節(jié)點，這樣就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸功能[35]。DNC主機與機床控制器之間的通信連接是DNC系統(tǒng)最為關(guān)鍵的技術(shù)，由于數(shù)控機床的通信接口存在著非常大的差異，并且所采用的協(xié)議種類也很多，這樣就給DNC技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展帶來較大的困難。為了實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的集成化管理，數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)制造企業(yè)和相關(guān)研究人員都在積極探索和尋找解決通信協(xié)議標準化問題的最佳途徑。在實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)通信協(xié)議標準化之前，加工制造業(yè)中的大部分機械加工車間采用特殊設(shè)計的DNC裝置來進行數(shù)控設(shè)備的控制和管理。根據(jù)相關(guān)的研究資料，目前開發(fā)設(shè)計智能硬件設(shè)備是以研究DNC裝置為工作的核心和重點，同時智能硬件設(shè)備可以實現(xiàn)接口標準和通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一[36]。近年來，數(shù)控通信協(xié)議也逐漸從智能硬件設(shè)備轉(zhuǎn)向軟插件系統(tǒng)。目前，我國的相關(guān)科研院所已經(jīng)開始對這種DNC軟插件系統(tǒng)進行科研立項和研究工作，這必將對數(shù)控設(shè)備的集成管理產(chǎn)生積極推動作用[37]?，F(xiàn)階段我國的許多研究機構(gòu)也開始嘗試解決通信接口的兼容性問題，軟插件系統(tǒng)可以針對不同的數(shù)控設(shè)備和不同的通信協(xié)議。因此，軟插件系統(tǒng)可以給用戶提供一個統(tǒng)一的、標準的平臺。用戶在進行特定系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計時，只需要輸入通信協(xié)議中的參數(shù)，就可以完成對應(yīng)DNC系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計。動態(tài)連接庫可以調(diào)用的一組服務(wù)或函數(shù)用于主應(yīng)用程序的執(zhí)行，這些服務(wù)或函數(shù)相對于主應(yīng)用程序是相互獨立的。這些服務(wù)或函數(shù)與靜態(tài)庫中的DLL服務(wù)或函數(shù)不同，因為DLL函數(shù)無法通過連接器與可執(zhí)行文件相連，而是在檢索可執(zhí)行文件中的信息后才可以進行使用的，并且在程序運行時庫中的代碼才可以加載顯示。所以可以實現(xiàn)多個不同進程的應(yīng)用程序在內(nèi)存中共存，從而可以大大減少對于內(nèi)存容量的需求?；谇拔闹袑τ贒NC開發(fā)的平臺和軟插件系統(tǒng)的應(yīng)用，選用動態(tài)連接庫技術(shù)[38]。針對不同種類的數(shù)控設(shè)備，開發(fā)設(shè)計相互獨立的動態(tài)連接庫。這些相互獨立的動態(tài)連接庫都對數(shù)控協(xié)議進行了細節(jié)封裝處理，所以它們的狀態(tài)都是透明的。而對于主應(yīng)用程序來說，只需按照相同的方式對接口函數(shù)進行調(diào)用即可，所以說每臺數(shù)控設(shè)備看起來好象都是相同的。這樣，就非常成功的解決了系統(tǒng)對于異構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的集成問題。同時保證了系統(tǒng)與數(shù)控設(shè)備之間的無關(guān)性，易維護性和易擴展性等特點。選定合適的串口服務(wù)器是構(gòu)建局域網(wǎng)式結(jié)構(gòu)的DNC通信系統(tǒng)最為關(guān)鍵的問題。具體來講，對串口服務(wù)器應(yīng)滿足以下要求：串口服務(wù)器應(yīng)同時具有以太網(wǎng)接口和串行通信接口，此外還應(yīng)該有數(shù)字和模擬信號的輸入端口；同時需要滿足車間現(xiàn)場的電磁環(huán)境要求，即具有抵抗一定強度電磁場的能力[39]。在串口服務(wù)器內(nèi)部應(yīng)設(shè)置有較大的動態(tài)存儲器和較強的CPU來滿足傳輸大文件的需要。另外，串口服務(wù)器還需要具有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的功能，方便管理人員或技術(shù)人員能夠及時訪問到串口服務(wù)器所采集到的數(shù)控機床信號，也就是說串口服務(wù)器應(yīng)該采用嵌入式的WEB服務(wù)器[40]。結(jié)合以上要求并對不同的串口服務(wù)器進行對比分析，最終我們選用的串口服務(wù)器是Moxa公司生產(chǎn)的Nport Express DE211。 該串口服務(wù)器支持快速以太網(wǎng)或標準以太網(wǎng)技術(shù)，且所有端口都可以提供內(nèi)嵌15千伏的ESD保護。如圖41為Nport Express DE211的實物圖。圖41 Nport Express DE211的實物圖DNC串口服務(wù)器的通信程序需要進行兩個方面的開發(fā)設(shè)計，一個是串口服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)通信程序，即把串口服務(wù)器作為TCP/IP的服務(wù)器端來實現(xiàn)與車間服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接；另一個是串口服務(wù)器的端口通信程序，即實現(xiàn)串口服務(wù)器與數(shù)控機床之間的相互通信功能[41]。雖然數(shù)控機床的種類有很多，但是對于串口服務(wù)器與數(shù)控機床之間的所采用的通信協(xié)議來說， 市場上絕大多數(shù)的數(shù)控機床都是采用的XON/XOFF或RTS/CTS通信協(xié)議，同時串口服務(wù)器也可以采用這兩種通信協(xié)議來實現(xiàn)通信。而對于那些比較特殊的通信協(xié)議，則需要開發(fā)設(shè)計專門的針對這些通信協(xié)議的程序，借助于互聯(lián)網(wǎng)將程序下載到相關(guān)的串口服務(wù)器中，從而實現(xiàn)特殊通信協(xié)議的通信。實現(xiàn)DNC通信的關(guān)鍵是選擇合適的DNC串口服務(wù)器內(nèi)核。由于需要同時實現(xiàn)數(shù)控程序、數(shù)據(jù)信息等的網(wǎng)絡(luò)接收和端口發(fā)送功能，這就要求該內(nèi)核必須采用一個多任務(wù)的內(nèi)核。為了滿足DNC串口服務(wù)器的通信要求，需要將串口服務(wù)器的功能合理分配到各個任務(wù)中才能實現(xiàn)，選用五個任務(wù)來保證DNC串口服務(wù)器通信功能的實現(xiàn)，如表41所示[42]。DNC的設(shè)計應(yīng)以數(shù)控機床為中心進行，而對于任務(wù)等級的考慮主要是以滿足數(shù)控機床的各種加工要求為出發(fā)點。由于數(shù)控機床可以實現(xiàn)在數(shù)控程序進行傳輸?shù)耐瑫r進行加工程序的運行，但是這種情況對于數(shù)控加工程序的實時性要求非常嚴格。所以說將任務(wù)四作為最高級，而任務(wù)一次之。內(nèi)核在進行數(shù)據(jù)信息的初始化時，只需要啟動任務(wù)一、任務(wù)三和任務(wù)四，而任務(wù)二和任務(wù)五的建立是在任務(wù)一的運行過程中