基于串口通信的DNC技术研究

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万方数据
第３ｌ卷第６期
吴飞，等：基于串口通信的ＤＮＣ技术研究
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企业内部ＣＡＤ，ｃＡＰＰ，ｃＡＭ计算机
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以 太网
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这样可保证多个串口同时进行数据接收和发送。 其中主线程主要负责处理数控加工程序编辑、通 信协议数据库和界面信息等，而辅助线程负责监 视串口信号、串口数据接收和串口数据发送。用 主线程来专门处理信息，使程序能迅速响应命令 和其他事件，用辅助线程来完成费时的工作，这样 可以避免由主线程处理这砦工作时阻塞程序信息 的处理。该串口通信软件已经开发成功，使用效 果较好，其通信界面如图６所示。
ＦＥＭ ｏｆ Ｓｐｉｎｄｌｅ Ｐａｒｔｓ ｉｎ Ｒｏｕｎｄ－－ｔｒｉｐ Ｃａｒ ｏｆ Ｗｉｎｄｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ
ＷＡＮＧ Ｚｈｉｈｕｉ，ＷＥＮ Ｘｉａｏｊｕｎ，ＸＩＯＮＧ Ｌｉａｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｎｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｓｐｉｎｄｌｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｔｏｒｑｕｅ，ａ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ
各工作站间的相互通信都必须通过中央节点进 行，星形结构网络示意图如图２所示。
图２星形结构网络小意图 星形结构网络的特点是结构简单，建网容易， 控制简单，便于管理，网络延迟时间少，误码率低， 网络传输数据快（可以从目前最新的１ ０００ Ｍｂ／ｓ 到１０ Ｇ／ｓ）。但由于采用中央节点集中控制，因 此资源共享能力差，一旦中央节点出现故障将导 致整个网络瘫痪。星形结构的网络适用于集中控 制的主一从式网络。因此开发的ＤＮＣ系统采用 星形结构。采用串口服务器ＭＯＸＡ Ｎｐｏｒｔ５２１０，同 时采用交换机实现网络的连接。 现有设备ＦＡＮＵＣ一０Ｔ铣削加工中心和 ＦＡＮＵＣ一０ｉ加工中心配有ＲＳ２３２串行标准接口， 通过对硬件设备的研究，决定采用串行通信方式。 由于需要对数据传输在同一时刻进行，故采用全 双工的工作方式，现场实施图如图３所示。
１ 网络ＤＮＣ技术
由于大多数数控机床采用ＲＳ２３２接口，因此 传统的ＤＮＣ技术大多采用ＲＳ２３２接口通过通信 电缆和专用软件来实现。这种方法具有实现简 单、维护方便等优点，是目前在车间应用最多的一 种通信方法…。但是这种方式投入的微机相对
较多，出错率比较高。网络ＤＮＣ是将计算机和机 床数控系统组成网络，采用硬件串口统一和软件 协议兼容的原则进行加工信息的实时传输和监 控。采用基于串口服务器的网络技术，将一台计 算机与多台不同类型的数控机床联网。以太网可 使计算机与ＣＮＣ机床通过集线设备用直通线连 接，可用ｌ台服务器连接多台机床，ＤＮＣ系统数 据流程如图１所示。在以太网中网线采用直通 线，其优点是传输距离长，只受网络传输距离的限 制，可以传输很多的机床信息，实现多对多的操 作，缺点是需要网络支持。
串口服务器将来自ＴＣＰ／ＩＰ协议数据包，解析 为串口数据流；也可以将串口数据流打包成ＴＣＰ／ ＩＰ协议的数据包，从而实现数据的网络传输。
串口服务器在数控系统组网中的功能是把来 自数控系统的任何信息透明地传输到局域网上的 任何一台计算机，也可以把来自局域网的任何信 息透明地传输给数控设备。这相当于局域网和串 口设备的网关通过为串口服务器配置ＩＰ地址，使 数控机床成为局域网中的一个节点，从而拥有局 域网的部分功能，实现资源共享。
ＤＮＣ通信接口模块
通信 协议
模块
莛萎Ｉ Ｉ萋曩蒸』ｌ蓬耋ｆ｜霍童 状态Ｉ Ｉ接收和｜｜冲突Ｉ｜续传
模块ｌ ｌ送发模Ｊ Ｉ模块｜｜模块
ｌ块 ｜ｌ
ｌ
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数据Ｊ ｌ及打开｜Ｉ数设置¨响ＩＩ示Ｉ｜示
吴飞，霍松林
（武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉４３００７０）
摘要：由于计算机和网络的发展产生的网络制造技术在实施过程中，因各种数控机床的类犁和接口不同，将
造成数据通信的故障。针对串几通信的常见问题，提出了可行的解决方案。对于数控设备较多的场合，采用以
太网构建面向串行通信机床的局域网式ＤＮＣ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒ０１）通信结构，把所有具备标准串口通
库｜Ｉ与关闭｜｜
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图５串口通信模块
整个软件是以Ｗｉｎｄｏｗｓ／ＮＴ为平台采用Ｖｉ— ｓｕａＣ＋＋６．０开发而成。利用ＷｉｎｄｏｗＳ／ＮＴ的多 任务多线程机制，可以实现对多个串口通信的同 时监控和数据传输。在ＤＮＣ接口多串口通信程 序中，每个串口拥有独立的线程，这些线程包括串 口信号监视线程、串口数据接收线程和串口数据 发送线程。各个串口的线程独立工作，互不干扰，
图３现场实施图 在实际操作过程中，主机放在计算机控制中 心，串口服务器放在车间，两者之间的距离可能较 远。为了增加数据传输过程中的可靠性，往往要加 上ＨＵＢ或交换机，网络结构示意图如图４所示。 ３．２ 网络配置和软件部分 网络的配置方案有很多种，如Ｌｉｎｕｘ和Ｗｉｎ— ｄｏｗｓ等＂Ｊ。现采用比较经济方便的Ｗｉｎｄｏｗｓ解 决方案。Ｗｉｎｄｏｗｓ方案在网络配置中，根据稳定 性、可靠性可分为低端和高端配置。高端配置采
图６独立研发的串口通信软件界面
４结论
信息技术和计算机技术的发展，给制造业带 来了深刻的影响。特别足以太网通信和交换技术 的飞速发展，采用以太网建立一个高效开放确定 性的通信系统已成为一种趋势。对于数控设备较 多的场合，采用以太网构建面向串行通信机床的 局域网式ＤＮＣ通信结构，把所有具备标准串口通 信的数控设备连人ＤＮＣ网络，更加有利于对数控 设备的有效利用。网络ＤＮＣ在加工中已经连通， 实现了实时加工，生产效率也大大提高。网络 ＤＮＣ技术已成为当今网络制造中一项关键性技 术，在现代制造中将发挥出更强大的优势。
对于某些具备以太网接口的先进加工中心等 数控设备和微机设备，可直接连接到交换机；对于 只具备ＲＳ２３２或ＲＳ４８５等串行接口的数控设备， 通过串口服务器（如ＭＯＸＡ Ｎｐｏｒｔ５２１０）转换为以 太网接口，然后连接到交换机。ＤＮＣ服务器通过 以太网交换机与底层的数控设备实现信息互通， 从而实现服务器对数控设备的联网控制管理。
பைடு நூலகம்
用Ｗｉｎｄｏｗｓ ２０００以上的操作系统。笔者以现有 常见的Ｗｉｎｄｏｗｓ ２０００操作系统专业版和ＦＡＮＵＣ —Ｏｉ数控系统的数据服务器版组成以太网为例 来说明网络ＤＮＣ方法。
网络数控下的设备作为一种全球共享的制造 资源，能够通过Ｉｎｔｅｍｅｔ／Ｉｎｔｒａｎｅｔ支持本地和异地 制造，包括接受数控程序与指令、提供现场数据、 支持异地的生产调度和支持分布式工艺数据库 等＿１。ＤＮＣ集成系统作为网络数控基本加工单 元，其功能扩展是实现加工层和决策层优化集成 的重要环节。加工工作站计算机能对多台数控机 床进行自动调度、管理和监控∽Ｊ。笔者自行开发 的网络数控系统包括数控机床上网通信系统、数 控机床信息管理系统和数控机床自动调度系统等 功能模块。在此主要阐述通信模块，串口通信模 块如图５所示。
通过采用基于以太网的ＤＮＣ技术，实现了设 备层与上位机的互通，基于软插件技术，实现了对 异构ＤＮＣ机床的分布式控制和集中管理，成功实 现了数控加工程序的实时、快速和安全的传输。
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万方数据
第３１卷第６期
王志辉，等：缠绕机往返小车主轴的有限元分析
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［７］ 奚文娜．基于ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ的某车辆回转体复杂结构 的有限元分析［Ｊ］．科技资讯，２００８（５６）：４２—４３．
３网络ＤＮＣ设计与实施
３．１硬件的组建 计算机局域网的拓扑结构，就是网络中各节
点之间的相互位置以及将它们互联的几何布局。 局域网的拓扑结构有：总线形、环形、星形和树形 等。目前常采用的两种典型的结构形式是环形结 构和星形结构帕Ｊ。环形结构网络是各工作站都 连在一条首尾相连的闭合环形通信线路上构成的 网络，其优点是各工作站地位相同，信息沿一个方 向传送，结构简单，节省材料，控制容易，易于实现 高速长距离传送。但其负载能力受到一定限制， 扩充不太方便，不适合通信量比较大的情况下使 用，要求现场设备本身具有网络控制器。在星形 结构的网络中，中央节点是充当整个网络控制的 主控计算机，其余工作站都与主控计算机相连接，
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图１ ＤＮＣ系统数据流程图
２通信网络结构 目前的数控机床类型各异，采用的数控系统
也各不相同，因此给数控机床的网络通信和控制 技术带来了许多问题。为此，如何方便、可靠地构 建易于扩展的通信网络就成为实现ＤＮＣ的技术 关键。数控机床与网络介质相连有两类典型连接 方式。第一类连接方式主要用于具备符合ＭＡＰ
信的数控设备连人ＤＮＣ网络，实现了实时加工，提高了数控设备的有效利用率，生产效率得到较大提高。
关键词：网络制造；串口通信；ＤＮＣ
中图分类号：ＴＦ３９１
ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７一１４４Ｘ．２００９．０６．０１０
随着ＣＡＤ／ＣＡＭ技术的发展及网络通信技术 的普及，机械制造业取得了飞速的发展，敏捷化、柔 性化、数字化和网络化成为先进制造技术的主 流…。近年来，随着企业拥有数控机床的数昔越来 越多，如何对数控机床进行集成化控制显得日益重 要。分布式计算机数控系统ＤＮＣ是实施柔性制造 系统ＦＭＳ和计算机信息管理系统ＣＩＭＳ的必要基 础，它可显著地提高这些智能化设备的使用效率、 整体生产与管理水平、集成化生产能力和敏捷制造 能力旧１。随着数控机床的普及，将制造车间分散的 数控机床与计算机联网实施计算机综合管理与控 制，已成为现代企业继ＣＡＤ／ＣＡＭ系统集成后，实 现制造自动化、提高生产效率的关键技术之一。实 践证明，一个完整的ＤＮＣ系统可将１３％左右的生 产时间转变为加工时间，这对于拥有多台数控机床 的企业来讲，其潜在的收益是巨大的。由于现阶段 ＤＮＣ系统的逐渐普及，因此，ＤＮＣ系统的稳定性显 得尤为重要¨Ｊ。