PC与数控机床通信系统---系统方案设计(可编辑)

PC与数控机床通信系统---系统方案设计（可编辑）
(文档可以直接使用，也可根据实际需要修改使用,可编辑推荐下载）
PC 与数控机床通信系统---系统方案设计
1、 数控机床联网系统组成结构
工作站
工作站
上图为数控机床联网系统图。

各计算机工作站通过网络互联，其中由一台计算机作为服务器，负责与多台数控机床通信。

在各工作站上编写的数控（NC ）程序，可通过服务器传给相应的数控机床：同样，各数控机床上已存储的数控（NC ）程序，也可通过服务器传给相应的计算机。

2、PC 与数控机床之间的通信总线选择
方案一：采用RS-232方式
利用数控机床提供的RS-232接口，采用点对点拓扑结构或星形拓扑结构，可以很容易串行通信。

点对点拓扑结构是一台数控机床对应于一台PC，根据数控机床接口的通信协议，在PC上编写通信软件即可实现通信。

将PC放在机床附近（15m范围内），由于现场电子噪声的干扰，必须给PC加屏蔽装置。

星形拓扑结构是一台PC对应于多台数控机床。

当机床距计算机较远时，可利用RS-232增程装置实现的传输，其系统结构如下图：
数控机床数控机床数控机床数控机床
方案二：采用CAN总线
CAN即为控制局部网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。

CAN总线的主要特性：
·具有实时性、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点。

·采用双线串行通信方式，检错能力强，可在噪声干扰环境中工作。

·具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过CAU控制器挂在CNU-bus上，形成多主机局部网络。

·可靠的错误处理和检错机制。

·发送的信息遭到破坏后，可自动重发。

·结点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能。

方案三：采用RS-485方式
RS-485半双工异步通信总线是一种被广泛使用的数据通信总线。

它具有通信距离远、通信速率高，成本低等特点。

在数控机床通信系统应用中，由于设备数量多，发布较远，现场的各种干扰也比较大，往往通信的可靠性及质量不高。

RS-485收发器采用的平衡发送和差分接收具有抑制共模的干扰的能力，加上收发器具有很高的灵敏度，因此，传送信号可在千里以外得到恢复。

RS-485 串行总路线接口标准以差分平衡方式传输信号，具有很强的抗共摸干扰能力，允许一对双绞线上一个发送器驱动多个负载设备。

利用单片机本身所提供的简单串行接口，加上总路线驱动器，如SN75176等，可组合成简单的RS-485通信网络。

A 、总线驱动器芯片SN75176
总线驱动器芯片SN75174、SN75175和SN75176。

SN75176芯片有一个发送器和一个接收器，适合作为RS-485总线驱动芯片。

SN75176及其逻辑如下图：
B VC
C
D A GND D
E R RE
（SN75176芯片引脚图）
接收器逻辑真值表
B、 RS—485方式构成的多机通信原理
在有单片机构成的串行通信系统中，一般采用主从式结构：从机不主动发送命令或数据，一切都由主机控制。

因此在一个多机通信系统中，只有一台单机作为主机，各台从机之间不能互相通信，即使有信息交换也必须通过主机转发。

采用RS-485构成的多机通信原理框如下图：
在总路末端接一个匹配电阻，吸收总线上的反射信号，保证信号传输无毛刺。

匹配电阻的取值应该与总线的特性阻抗相当。

在总线上没有信号传输时，总线处于悬浮状态，容易受干扰信号的影响。

在总线上差分信号的正端 A和+5V电源间接一个10KΩ的电阻，正端A和负端B 间接一个10KΩ的电阻，负端B和地间接一个10KΩ的电阻，形成一个电阻网络。

当总线上没有信号传输时，正端A的电平大约为3.2V，负端B的电平大约为1.6V，即使有干扰信号，也很难产生串行通信的起始信号0，从而增加了总线抗干扰能力。

C、通信规则
由于RS-485通信是一种半双工通信，发送和接收公用同一物理通道，在任意时刻只允许一台单机处于发送状态，因此要求应答的单机必须在侦听到总线上呼叫信号已经发送完毕，并且没有其他单机发出应答信号的情况下才能应答。

半双工通信对主机和从机的发送和接收时序有严格的要求。

如果在时序上配合不好，就会发生总线冲突，使整个系统的通信瘫痪，无法正常工作。

要做到总线上的设备在时序上的严格配合，必须遵从以下几项原则：一是复位时，主从机都应该处于接收状态。

SN75176芯片的发送和接收功能转换是由芯片的RE、DE端控制的。

RE=1，DE=1时，SN75176处于发送状态；RE=0，DE=0时，SN75176处于接收状态。

一般使用单片机的一根口线连接RE、DE端。

在上电复位时，由于硬件电路稳定需要一定的时间，并且单片机各端口复位后处于高电平状态，这样就合使总线上各个分机处于发送状态，加上上电时各个电路不稳定，可能向总线发送信息。

因此，如果用一根口线作发送和接收控制信号，应该将口线反向接入
SN75176的控制端，使上电时SN75176处于接收状态，另外，在主机从软件上也应附加若干处理措施，如上电时或正式通信之前，对串行口做几次空操作，清除端口的非法数据和命令。

二是控制端RE、DE的信号的有效脉宽应该大于发送或接收一帧信号的宽度。

在RS-232、RS-422等全双工通信过程中，发送和接收信号分别在不同的物理链路上传输，发送端始终为发送端，接收端始终为接收端，不存在发送、接收控制信号切换问题。

在RS-485半双工通信中，由于SN75176的发送和接收都由同一器件完成，并且发送和接收使用同一物理通道，必须对控
制信号进行切换。

控制信号何时为高电平，何时为低电平，一般以单片机的T1、R1信号作参考。

发送时，检测T1是否建立起来，当T1为高电平后关闭发送功能转为接收功能；接收时，检测R1是否建立起来，当R1为高电平后，接收完毕，又可以转为发送。

3、PC与数控机床之间的通信协议
A、网络结构体系
为了方便连接及数据传输，国际标准化组织（ISO）制定了标准化网络结构体系，那就是开放系统互连（OSI）参考模型，该模型采用分层结构，共分七层，可将所有的网络服务所需的功能包括在其中。

编制RS-485网络协议不需要严格遵照，其大致对应关系如下图：
RS-485与ISO参考模型对应关系
总线与接口实现计算机间的物理连接，相当于OSI的物理层。

串行通信的基本协议帧的可靠传输，相当于OSI的数据链路层。

所有其他高层协议均由应用程序规定。

B、串行通信基本协议
采用串行异步通信方式，总线形式为RS-485，通信协议为：
·数据位：7b
·停止位：1b
·校验位：奇校验（EVEN）
为
串行异步传输字节帧格式如下图。

（传输1字节所需时间T
B
T
=10×1/9600×103=1.04(ms)
B
串行异步传输字节帧格式图
C、应用程序高层协议的编制
（1） PC发送数据到数控机床，过程如下：
1、PC发送一个起始字节【01H】
2、PC发送2个字节的机床号。

如：18号机床是ASC（1）【31H】
+ASC（8）【38H】；三号机床是ASC（0）【30H】+ASC（3）【33H】。

3、PC回收本机床号：若回收机床号与所发机床号相同，则往下执
行，若回收机床号与所发机床号不同，则报错（通信错误），
返回；若PC超时未收到数据，则（超时错误），返回。

4、PC发送一个字节的命令字【02H】。

5、PC发送程序数据，无须回收。

但随时检测是否收到错误命令字
【07H】；若收到，则中止发送，报错（网络错误），返回。

6、PC程序数据发送完毕，最后发送一个结束命令字【17H】。

（2） PC接收数控的数据，过程如下：
1、PC发送一个起始字节【01H】
2、PC发送2个字节的机床号。

如：18号机床是ASC（1）【31H】
+ASC（8）【38H】；三号机床是ASC（0）【30H】+ASC（3）【33H】。

3、PC回收本机床号：若回收机床号与所发机床号相同，则往下执
行，若回收机床号与所发机床号不同，则报错（通信错误），
返回；若PC超时未收到数据，则（超时错误），返回。

4、PC发送一个字节的命令字【03H】。

5、PC发送程序数据，无须回收。

但随时检测是否收到错误命令字
【17H】；若收到，则中止接收。

注：结束命令字不为程序数据。

这是为防止程序数据的结束位出错，而让程序无法终止。