DNC信息系統(tǒng)中串行通信技術(shù)的研究與開發(fā)

摘 要 為了有效地控制和管理數(shù)控機(jī)床的加工過程，本文從數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌?，提出了一種滿足企業(yè)生產(chǎn)需求的數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。并在此基礎(chǔ)上，簡要分析了NC程序控制工作流程以及DNC計(jì)算機(jī)與數(shù)控機(jī)床通信的具體過程，并分析了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。 關(guān)鍵詞 DNC；串行通信；數(shù)據(jù)傳輸 The Research and Development of Serial Communication in DNC Information System Wang Yidong， Yan Kaiguo， Sun Guozi， Lou Peihuang (The CIMS center of NUAA，Nanjing 210016，China) Abstract：To control and manage the work process of a numerical controller effectively, the paper presents a network architecture of data transmission system which satisfies the requirement of enterprises. And based on this, the workflow of the NC program control and the concrete process of communicating between DNC computers and NC machines are briefly analyzed, and the key technology for the realization of the system is also analyzed. Key words：DNC; Serial Communication; Data Transmission 引言 當(dāng)控制計(jì)算機(jī)與各數(shù)控機(jī)床相距較遠(yuǎn)時(shí)，一般采用串行通信方式而不采用并行通信方式。這是因?yàn)椴⑿型ㄐ畔到y(tǒng)的造價(jià)較高、眾多的連線不僅容易引入干擾，也容易發(fā)生線路故障?？刂葡到y(tǒng)中常用的串行通信一般采用RS-232C串行總線標(biāo)準(zhǔn)。RS-232C是電子工業(yè)協(xié)會(EIA)推薦的一種普及型異步通信總線標(biāo)準(zhǔn)，目前已廣泛應(yīng)用到了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中外圍設(shè)備與主機(jī)的連接中。但是RS-232C應(yīng)用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)存在如下問題：(1)傳送距離過近：由于受負(fù)載電容容許值的限制，其傳送距離一般不得超過15Ｍ；(2)電平偏移：由于信號地公用且通信雙方的信號地需連結(jié)在一起，RS-232C應(yīng)用于長距離通信時(shí)信號地線上會存在較大的電流，使得電平發(fā)生偏移，容易造成傳輸錯(cuò)誤；(3)潛在的接地問題：RS-232C總線有一個(gè)信號地和一個(gè)屏蔽保護(hù)地，通信中，雙方的信號地需連在一起，但是屏蔽保護(hù)地卻不一定允許接在一起，同時(shí)DTE的信號地與屏蔽保護(hù)地之間又不一定絕緣，這就存在一個(gè)潛在的接地問題，使得系統(tǒng)的抗干擾能力較差。 為了擴(kuò)大串行通信的有效傳輸距離，提高通信傳輸速率，增強(qiáng)抗干擾能力，EIA制定了RS-422/485串行總線通信標(biāo)準(zhǔn)，也叫雙端接口電氣標(biāo)準(zhǔn)或平衡傳輸電氣標(biāo)準(zhǔn)。RS-422/485與RS-232C的關(guān)鍵不同之處在于將單端輸入改為雙端差分輸入，信號地不再共用，通信雙方的信號地不再連在一起。RS-422/485的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)采用雙端差分輸入，總線的抗干擾能力強(qiáng)；(2)互連雙方的信號地分立，兩條信號線形成回路，避免了電平偏移，同時(shí)也避免了RS-232C中的潛在接地問題；(3)輸出端采用雙端平衡驅(qū)動，其信號放大倍數(shù)高，信號傳輸距離遠(yuǎn)。RS-422支持全雙工串行通信，RS-485支持半雙工串行通信。 在本文涉及的DNC（Direct Numerical Control or Distributed Numerical Control）信息系統(tǒng)中，由于每個(gè)生產(chǎn)單元的數(shù)控機(jī)床數(shù)目都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過計(jì)算機(jī)所配置的串口數(shù)（一般為兩個(gè)），因此在本系統(tǒng)采用了臺灣MOXA公司生產(chǎn)的C320Turbo/PCI型多串口卡/板，以達(dá)到擴(kuò)展串口的目的。同時(shí)為了擴(kuò)大通信的有效傳輸距離，本系統(tǒng)采用了RS-232長距光隔轉(zhuǎn)發(fā)器（串口長線收發(fā)器FC232）。在此基礎(chǔ)上，本文提出了一種滿足企業(yè)生產(chǎn)需求的數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并對該結(jié)構(gòu)中的DNC數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的描述。 1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 圖1所示為DNC數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。整個(gè)DNC數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由管理層和設(shè)備層組成，管理層由1臺計(jì)算機(jī)、RS-232C通訊擴(kuò)展卡/板及有關(guān)外圍設(shè)備組成，用來完成零件NC程序的管理和傳送等功能。設(shè)備層由數(shù)控機(jī)床和相應(yīng)通訊接口組成，其中通信接口具有雙向傳送功能，實(shí)現(xiàn)NC程序或者控制程序的雙向傳輸。DNC系統(tǒng)除了常規(guī)的NC程序上/下載外，還能較好滿足邊加工邊傳遞NC程序的要求。 圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 有兩點(diǎn)需要注意的是，（1）當(dāng)所要控制和通信的數(shù)控機(jī)床數(shù)超過DNC主機(jī)自配置的串口時(shí)，將會帶來一定的不便。本系統(tǒng)采用MOXA Intellio C320Turbo/PCI多串口卡（C32010T/PCI）和多串口擴(kuò)展板（C32047T）來實(shí)現(xiàn)串口擴(kuò)展的問題；（2）當(dāng)DNC主機(jī)與數(shù)控機(jī)床通訊距離較遠(yuǎn)時(shí)（超過15ｍ），使用標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C電纜就不能進(jìn)行有效的通訊了。另外，通訊雙方設(shè)備使用電纜直通連接，在兩端設(shè)備不共地或引入處有電源干擾時(shí)，往往會毀壞設(shè)備接口。本系統(tǒng)采用RS-232長距光隔轉(zhuǎn)發(fā)器（串口長線收發(fā)器FC232，成對使用）來解決10Km以內(nèi)距離的RS-232設(shè)備間通訊時(shí)的延長距離和保護(hù)接口問題，其中FC232可以直接插在C32047T上，圖中的線起的是示意作用。由于FC232可直接插于RS-232接口上，不需外接電源，兼容RS-232接口軟件編程標(biāo)準(zhǔn)，這也給工程人員施工帶來方便。 2 系統(tǒng)串行通信的實(shí)現(xiàn) 2.1 NC程序控制工作流程 NC控制系統(tǒng)工作流程如圖2所示： 在DNC串口通信程序中，串口擁有自己獨(dú)立的線程，這些線程包括串口信號監(jiān)視線程、串口數(shù)據(jù)接收線程和串口數(shù)據(jù)發(fā)送線程。其中主線程主要負(fù)責(zé)處理NC加工程序編輯、通信協(xié)議數(shù)據(jù)庫、界面信息等，而輔助線程負(fù)責(zé)監(jiān)視串口信號、串口數(shù)據(jù)接收和串口數(shù)據(jù)發(fā)送。用主線程來專門處理信息，使程序能迅速響應(yīng)命令和其他事件，用輔助線程來完成費(fèi)時(shí)的工作，這樣可以避免由主線程處理這些工作時(shí)阻塞程序信息的處理。DNC計(jì)算機(jī)與數(shù)控機(jī)床通信的具體過程如圖3。 2.2 功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù) 數(shù)據(jù)通信功能實(shí)現(xiàn)主要依賴于串口的連接，而連接與否的關(guān)鍵在于串口屬性的設(shè)置和各設(shè)備之間的連接方式。由于各數(shù)控機(jī)床的通信協(xié)議存在著差異，這就使得在設(shè)置通信串口屬性時(shí)與機(jī)床的配置一致。以FANUC-0T為例，該機(jī)床參數(shù)設(shè)置：TVON = 0；ISO = 1；I/O = 0；波特率設(shè)置參考0552參數(shù)；停止位設(shè)置參考0002參數(shù)的最后一位即STP（1為2，0為1），默認(rèn)為2；奇偶校驗(yàn)位設(shè)置為EVEN；數(shù)據(jù)位設(shè)置為7。如果設(shè)置有誤將會造成通信錯(cuò)誤或數(shù)據(jù)傳輸失真。圖4為串口配置界面。 圖4 串口配置界面 同樣，各數(shù)控機(jī)床通信協(xié)議的不同，使得各設(shè)備間的連接方式也就不同，也就是說各串口之間的連線方法要有所不同，這里由于篇幅原因就不再贅述。 3 結(jié)束語 串行通信技術(shù)已在DNC通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，其關(guān)鍵技術(shù)將主要圍繞提高NC程序傳送的正確性、快速性；減少信號干撓，提高可靠性等方面。使用VC語言編制的本DNC信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)制造過程的NC數(shù)據(jù)傳輸，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行快速、工作穩(wěn)定等特點(diǎn)，易于實(shí)施，對促進(jìn)DNC技術(shù)的發(fā)展具有積極的意義。本文所述的DNC信息系統(tǒng)已在實(shí)際中得到了應(yīng)用，并取得了良好的應(yīng)用效果。 參考文獻(xiàn)： 1 王毅棟，樓佩煌，范興柱．DNC信息采集系統(tǒng)研究與開發(fā)[J]．制造業(yè)自動化，2002.1（24）：43~45 2 孫國梓，王毅棟，王金偉等．一種DNC信息系統(tǒng)研究與開發(fā)[J]．計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2002.8，待發(fā) 3 邱公偉．實(shí)時(shí)控制與智能儀表多微機(jī)系統(tǒng)的通信技術(shù)[M]．北京：:清華大學(xué)出版社，1993 4 畢承恩．現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991