【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （5）加工過(guò)程視頻瀏覽為了能夠?qū)Σ僮鳈C(jī)床的人員、機(jī)床使用的狀態(tài)及零部件的合格率等情況進(jìn)行及時(shí)的掌控，可以在數(shù)控機(jī)床上的安裝網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，并且可以查看以往的監(jiān)控視頻。（6）用戶(hù)管理系統(tǒng)的管理人員可以對(duì)企業(yè)內(nèi)部人員、客戶(hù)及加盟商等成員的帳號(hào)信息和工作權(quán)限的設(shè)置和管理，從而保證用戶(hù)的權(quán)益。（7）在線(xiàn)加工采用在線(xiàn)加工功能可以實(shí)現(xiàn)與數(shù)控機(jī)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(diǎn)處開(kāi)始。在線(xiàn)加工功能可以解決數(shù)控機(jī)床內(nèi)存空間小且需要進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息又非常大這一問(wèn)題?；贒NC技術(shù)的通信與管理系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)將多個(gè)車(chē)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(jī)床加工信息的之間實(shí)現(xiàn)了共享以及傳輸[25]。采用串行通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)數(shù)控機(jī)床之間進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸。目前在企業(yè)車(chē)間中廣泛采用的通信方法是運(yùn)用數(shù)控機(jī)床自身攜帶的RS232C或RS485接口，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式或星形方式來(lái)實(shí)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(shí)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(méi)有相互的干擾。然而采用串行通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸存在著以下的缺點(diǎn)，具體包括：，[27]?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是一種先進(jìn)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(chǎng)數(shù)控設(shè)備中，可以實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)的數(shù)字通信的系統(tǒng)。總線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用極大地促進(jìn)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(dá)到過(guò)程控制以及加工制造自動(dòng)化的相關(guān)要求。這是由于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是通過(guò)數(shù)字通信的技術(shù)成立的，因此可以實(shí)現(xiàn)相互之間的功能轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)作為制造業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制的先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中對(duì)總線(xiàn)技術(shù)要求最高的就是要具有可靠性和實(shí)時(shí)性的功能特點(diǎn)，而CAN總線(xiàn)在這方面最為突出[28]：在可靠性方面，CAN總線(xiàn)采用了多種錯(cuò)誤檢測(cè)和糾錯(cuò)措施來(lái)保證具備非常高的可靠性；此外，CAN總線(xiàn)采用了新穎獨(dú)特的位仲裁技術(shù)，比其他同類(lèi)產(chǎn)品具有更高的實(shí)時(shí)性；CAN總線(xiàn)的傳輸速率可以達(dá)到1Mbs，由于接口的構(gòu)造簡(jiǎn)單，因此其安裝、拆卸較方便，導(dǎo)致系統(tǒng)的費(fèi)用較低。CAN總線(xiàn)非常多的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)等傳輸介質(zhì)進(jìn)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(xiàn)技術(shù)還存在較多的問(wèn)題，具體來(lái)說(shuō)主要有以下幾個(gè)問(wèn)題[29]：（1）各個(gè)開(kāi)發(fā)廠(chǎng)商都有自己的專(zhuān)利總線(xiàn)技術(shù)，這就限制了它們總線(xiàn)技術(shù)之間很難實(shí)現(xiàn)相互間的兼容，導(dǎo)致它們的費(fèi)用不斷提高；（2）如果所開(kāi)發(fā)建造的總線(xiàn)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(guò)程中的集成一體化的相關(guān)目標(biāo)；（3）其線(xiàn)程總線(xiàn)的傳播速度很慢，目前使用較多的CAN總線(xiàn)的傳速，最高也只有IMbs，但是DNC總線(xiàn)需要對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的加工狀況進(jìn)行全程的監(jiān)控，這樣就會(huì)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(mǎn)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(shí)科研院所也熱衷于對(duì)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(dá)到1000Mbps，當(dāng)高新技術(shù)等技術(shù)的使用完成了對(duì)以太網(wǎng)的不可靠問(wèn)題的解決；而且，由于以太網(wǎng)端口的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都設(shè)置了獨(dú)立的帶寬，這樣就避免了使用同一交換機(jī)的不同設(shè)備不會(huì)存在資源的相互爭(zhēng)奪利用現(xiàn)象，可以看作是每個(gè)設(shè)備獨(dú)立占用一個(gè)網(wǎng)段[30]。所以說(shuō)企業(yè)中的DNC系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)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(hù)成本和管理成本。由于以太網(wǎng)技術(shù)的通用性，企業(yè)對(duì)于以太網(wǎng)技術(shù)的維護(hù)和管理更為方便、快捷。同時(shí)企業(yè)可以利用原有的設(shè)備資源，并且可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)的辦公網(wǎng)絡(luò)與車(chē)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(guò)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(duì)具體的服務(wù)器模型所開(kāi)發(fā)研制的，從而確保服務(wù)器端的問(wèn)題。這里將DNC系統(tǒng)的接收平臺(tái)作為Socket的客戶(hù)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(jī)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(guó)內(nèi)大多數(shù)地加工制造業(yè)當(dāng)中，數(shù)控設(shè)備的種類(lèi)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(wèn)題，具體如下[33]：（1）穿孔機(jī)輸入接口這種結(jié)構(gòu)將穿孔機(jī)的輸入接口與計(jì)算機(jī)的打印接口進(jìn)行連接并把紙帶穿出來(lái)。通過(guò)使用這種結(jié)構(gòu)模型不用對(duì)任何硬件以及電路進(jìn)行改造，只需要編寫(xiě)出一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序供穿孔機(jī)使用。因?yàn)椴捎眠@種結(jié)構(gòu)不能消除相關(guān)的問(wèn)題，因此也使用的較少。（2）紙帶閱讀機(jī)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(jī)輸入端的接口模式，也制造了一個(gè)外接的讀寫(xiě)卡，設(shè)具體的紙帶閱的相關(guān)內(nèi)容的功能，可以實(shí)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(jìn)行相互連接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)程序的下傳和上傳。目前在加工制造類(lèi)企業(yè)中部分?jǐn)?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(shuō)明表9 針端口（DB9)25 針端口（D25)針號(hào)功能說(shuō)明所寫(xiě)針號(hào)功能說(shuō)明所寫(xiě)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(zhǔn)DTR20數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)DTR5信號(hào)地GND7信號(hào)地GND6數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好DSR6數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好DSR7請(qǐng)求發(fā)送RTS4請(qǐng)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(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)中所帶的各種功能，具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)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(zhuān)業(yè)軟件，現(xiàn)在僅僅在少數(shù)進(jìn)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(duì)于實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床與車(chē)間局域網(wǎng)的相互連接較為容易，可以對(duì)企業(yè)中的分布式加工設(shè)備層進(jìn)行合理有效的管理。這種接口技術(shù)只有在少數(shù)的進(jìn)口高檔數(shù)控機(jī)床上出現(xiàn)過(guò)。（6）計(jì)算機(jī)直接數(shù)控計(jì)算機(jī)直接數(shù)控方式采用的是PC嵌入CNC模式實(shí)現(xiàn)的，可以用一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)數(shù)控機(jī)床的控制[17]。數(shù)控機(jī)床的聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)主要運(yùn)用在高檔數(shù)控機(jī)床上，帶有DNC接口或以太網(wǎng)接口，通常這類(lèi)機(jī)床與車(chē)間的局域網(wǎng)是可以直接進(jìn)行連接的[34]。串口服務(wù)器實(shí)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(lèi)似于網(wǎng)關(guān)的作用一樣。通過(guò)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(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸功能[35]。DNC主機(jī)與機(jī)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(jī)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(lèi)也很多，這樣就給DNC技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展帶來(lái)較大的困難。為了實(shí)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(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題的最佳途徑。在實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化之前，加工制造業(yè)中的大部分機(jī)械加工車(chē)間采用特殊設(shè)計(jì)的DNC裝置來(lái)進(jìn)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(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)智能硬件設(shè)備是以研究DNC裝置為工作的核心和重點(diǎn)，同時(shí)智能硬件設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)接口標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一[36]。近年來(lái)，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(guó)的相關(guān)科研院所已經(jīng)開(kāi)始對(duì)這種DNC軟插件系統(tǒng)進(jìn)行科研立項(xiàng)和研究工作，這必將對(duì)數(shù)控設(shè)備的集成管理產(chǎn)生積極推動(dòng)作用[37]?，F(xiàn)階段我國(guó)的許多研究機(jī)構(gòu)也開(kāi)始嘗試解決通信接口的兼容性問(wèn)題，軟插件系統(tǒng)可以針對(duì)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(hù)提供一個(gè)統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)。用戶(hù)在進(jìn)行特定系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，只需要輸入通信協(xié)議中的參數(shù)，就可以完成對(duì)應(yīng)DNC系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。動(dòng)態(tài)連接庫(kù)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(duì)于主應(yīng)用程序是相互獨(dú)立的。這些服務(wù)或函數(shù)與靜態(tài)庫(kù)中的DLL服務(wù)或函數(shù)不同，因?yàn)镈LL函數(shù)無(wú)法通過(guò)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(jìn)行使用的，并且在程序運(yùn)行時(shí)庫(kù)中的代碼才可以加載顯示。所以可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同進(jìn)程的應(yīng)用程序在內(nèi)存中共存，從而可以大大減少對(duì)于內(nèi)存容量的需求?；谇拔闹袑?duì)于DNC開(kāi)發(fā)的平臺(tái)和軟插件系統(tǒng)的應(yīng)用，選用動(dòng)態(tài)連接庫(kù)技術(shù)[38]。針對(duì)不同種類(lèi)的數(shù)控設(shè)備，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)相互獨(dú)立的動(dòng)態(tài)連接庫(kù)。這些相互獨(dú)立的動(dòng)態(tài)連接庫(kù)都對(duì)數(shù)控協(xié)議進(jìn)行了細(xì)節(jié)封裝處理，所以它們的狀態(tài)都是透明的。而對(duì)于主應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，只需按照相同的方式對(duì)接口函數(shù)進(jìn)行調(diào)用即可，所以說(shuō)每臺(tái)數(shù)控設(shè)備看起來(lái)好象都是相同的。這樣，就非常成功的解決了系統(tǒng)對(duì)于異構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的集成問(wèn)題。同時(shí)保證了系統(tǒng)與數(shù)控設(shè)備之間的無(wú)關(guān)性，易維護(hù)性和易擴(kuò)展性等特點(diǎn)。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(wèn)題。具體來(lái)講，對(duì)串口服務(wù)器應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：串口服務(wù)器應(yīng)同時(shí)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(hào)的輸入端口；同時(shí)需要滿(mǎn)足車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境要求，即具有抵抗一定強(qiáng)度電磁場(chǎng)的能力[39]。在串口服務(wù)器內(nèi)部應(yīng)設(shè)置有較大的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器和較強(qiáng)的CPU來(lái)滿(mǎn)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(shí)訪(fǎng)問(wèn)到串口服務(wù)器所采集到的數(shù)控機(jī)床信號(hào)，也就是說(shuō)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(duì)不同的串口服務(wù)器進(jìn)行對(duì)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(biāo)準(zhǔn)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(hù)。如圖41為Nport Express DE211的實(shí)物圖。圖41 Nport Express DE211的實(shí)物圖DNC串口服務(wù)器的通信程序需要進(jìn)行兩個(gè)方面的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，一個(gè)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T(mén)CP/IP的服務(wù)器端來(lái)實(shí)現(xiàn)與車(chē)間服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接；另一個(gè)是串口服務(wù)器的端口通信程序，即實(shí)現(xiàn)串口服務(wù)器與數(shù)控機(jī)床之間的相互通信功能[41]。雖然數(shù)控機(jī)床的種類(lèi)有很多，但是對(duì)于串口服務(wù)器與數(shù)控機(jī)床之間的所采用的通信協(xié)議來(lái)說(shuō)， 市場(chǎng)上絕大多數(shù)的數(shù)控機(jī)床都是采用的XON/XOFF或RTS/CTS通信協(xié)議，同時(shí)串口服務(wù)器也可以采用這兩種通信協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)通信。而對(duì)于那些比較特殊的通信協(xié)議，則需要開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的針對(duì)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(shí)現(xiàn)特殊通信協(xié)議的通信。實(shí)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(shí)實(shí)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(gè)多任務(wù)的內(nèi)核。為了滿(mǎn)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(gè)任務(wù)中才能實(shí)現(xiàn)，選用五個(gè)任務(wù)來(lái)保證DNC串口服務(wù)器通信功能的實(shí)現(xiàn)，如表41所示[42]。DNC的設(shè)計(jì)應(yīng)以數(shù)控機(jī)床為中心進(jìn)行，而對(duì)于任務(wù)等級(jí)的考慮主要是以滿(mǎn)足數(shù)控機(jī)床的各種加工要求為出發(fā)點(diǎn)。由于數(shù)控機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)在數(shù)控程序進(jìn)行傳輸?shù)耐瑫r(shí)進(jìn)行加工程序的運(yùn)行，但是這種情況對(duì)于數(shù)控加工程序的實(shí)時(shí)性要求非常嚴(yán)格。所以說(shuō)將任務(wù)四作為最高級(jí)，而任務(wù)一次之。內(nèi)核在進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的初始化時(shí)，只需要啟動(dòng)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