数控机床中网络通讯和控制技术研究.docx

数控机床中网络通讯和控制技术研究fenghy导语：要实现加工单元的远程监控，首要解决的问题是数控机床的网络通讯和控制技术问题。近年来，随着计算机和网络通讯为代表的信息技术的飞速开展和广泛应用，制造业无论是观念，还是技术都发生了很大的变化。传统的以相对固定的机器和消费场所为中心，由上至下进展治理控制的大批量制造消费形式正逐步向以人为中心，基于技术的先进制造消费形式转变。全球制造的思想就是利用异地的资源设备、知识、人力来制造市场所需产品，进而加工单元的远程监控技术就成为它的重要组成局部。要实现加工单元的远程监控，首要解决的问题是数控机床的网络通讯和控制技术问题。本工程就是解决传统经济型的数控机床的网络通讯和控制技术问题，通过网络来实现NC程序的中央效劳器集中治理及网络通讯。进而适应当代先进制造技术的开展。1、需求分析1.1传统经济型数控机床存在的问题传统经济型的数控加工设备按数控系统分类主要有：FANUC系统其中包括3T、7M、HC-6、6MB等、AB公司系统、国产3B线切割系统等：按数控程序输入/输出通讯接口类型分有三类：一类为仅有RS232/RS422串行口，二类为仅有纸带浏览机8/5单位并行口，三类同时包括前两类接口。这三类机床同时还存在同样的问题就是：内存容量较小，不适应复杂、大型面、高精度、长程序零件的加工：它们的对外接口才能差，没有DNC功能，不能实如今线加工以及网络控制等问题。1.2希望的解决方案本着知足最根本的应用需求、且留有一定的可扩大性及性能进步的潜力的前提，来改善数控加工技术应用环境。就此提出了以下解决方案：机床通讯接口的硬件改造，针对各类机床设计相应的通讯接口板卡：通讯控制软件的开发，以实现各机床的单机通讯功能：开发其它辅助功能如：数控程序中加工信息的提取、数控程序图形模拟、长程序的在线加工等，弥补和增强原数控系统功能：网络体系的选择与通讯协议的定义及网络系统控制软件的开发，实现数控程序的中央效劳器集中治理和网络通讯。2、系统构造2.1网络系统构成及功能整个网络系统是由中央效劳器、网络接口、双向数据转换器、现场效劳器、1分N口并行数据收发器、数据接收器以及经济型数控机床等组成。中央效劳器是整个网络的中枢局部，它主要完成的是对各级效劳器的整体控制。它采用后台中断工作形式，不需要人的干预，而且其前台还可以进展其他工作。现场效劳器是客户端，既担任起数控效劳器的功能，又具有强大的网络通讯功能，它承受中央效劳器下达的各项任务：从网络上获取由中央效劳器传来的数控加工程序的数据信息，并把这些数据信息传送到NC文件库：将已加工过的数控程序反应到中央效劳器。能从系统的NC文件库中提取相应的数控代码，并从中提取有关的加工零件数据和信息，对其进展处理，实现NC程序的图形模拟等工作。另外，对需用长程序的零件加工，现场效劳器还完成长程序的在线加工任务。现场效劳器可同时效劳于多台数控设备，根据需要在车间一定的空间范围内比方：一个小的工作间，一个小的部分区域设置网络节点，放置一台PC机作为现场效劳器，一台效劳器根据实际需要靠选用1分N口并行数据收发器来效劳于多台数控设备。2.2系统网络体系构造及通讯协议的选择系统中的各种信息都是通过网络来传输的。在计算机网络开展上，影响较大的网络体系主要有：OSI七层参考模型和TCP/IP体系构造模型。OSI参考模型是ISO7498国际标准。TCP/IP体系构造是当前流行的Internet网络所使用的体系构造，尽管它不是国际标准，但在计算机网络体系构造中却占有非常重要的地位。这是由于固然OSI的体系构造从理论上讲比拟完好，其各层协议也考虑得很周全，但事实上，完全符合OSI各层协议的商用产品却极少进入市场，远远不能知足各种用户的需求。然而使用TCP/IP协议的产品却大量涌入市场，几乎所有的工作站都配有TCP/IP协议，并已成为计算机网络事实上的标准，通称“工业标准。为此，我们在数控机床的网络通讯系统中，采用的是TCP/IP的网络体系构造，该体系把计算机网络分为四层，即应用层、传输层、网络层和网络接口层。TCP/IP体系构造为传输层制定了两种协议即：传输控制协议TCP和用户数据包协议UDP，UDP为用户提供进程无连接的数据报协议，数据包以独立包的形式传送，效劳不提供无错保证，数据可能丧失、重复或者失序：数据包的长度也受一次处理最大长度的限制默认值为8192字节，最大值为32768字节，不进展包的拆分和重组操纵：而TCP协议是一个可靠的全双工的字节流的面向连接的协议，TCP和UDP相比传输可靠、数据无过失、无重复，可按发送顺序接收，数据为字节流，其长度不受限制，为用户提供虚电路效劳，并为数据的可靠传输提供检验。根据数控加工的特点，尽管数据包在传输量小于2048个字节时UDP可靠性更好，但数据包效劳是单包、无序传送，而系统的网络通讯显然不能保证所有传输的信息都小于2048个字节，因此，只能选用TCP作为系统的传输层协议。应用层的通讯协议的选择既要考虑到数控加工的特点又要具备实时性、可靠性以及数据传输量大等特点。本系统另行开发了基于TCP/IP协议族的相应协议，制定了应用进程之间传输的信息的特殊含义。2.3通讯协议的实现系统协议，就是保证客户端和效劳器端的应用线程之间能互相准确、及时、有序地传送信息，并能彼此毫无过失地对信息进展语法分析和解释。对于网络控制系统，其传输信息有自己独特的含义。在客户端和中央效劳器间传递的信息，主要有客户端的恳求信息、数据信息和中央效劳器端的状态信息。客户端的控制信息又分为两种：网络控制信息和加工控制信息：效劳器端的状态信息也分为两种：连接状态信息和客户端的状态信息。在系统的协议中，这些信息都规定了相应的格式标准，客户端的网络控制信息主要用于与效劳器连接的建立、维持和释放。加工控制信息由控制命令字、控制参数组成。网络通讯协议格式为：“cmd，1byte命令代码，1byte命令长度，命令参数，4字节的校验码XC。cmd为命令引导码，用以标识命令的开场：命令长度只包括命令参数及校验码的长度。假设无命令参数，那么为4，校验码将无意义也不被检验，但还是必须发送。传输的数据包的末尾4字节为校验码。前3字节为该包的所有字节的和，第4字节为所有字节的异或者值。假设发送经过中有数据发生错误，那么第4字节的校验码一定不正确。因此，靠监测第4字节校验码来保证通讯数据的可靠性。3、硬件设计原理系统在效劳器端使用2/4/8口RS422A接口卡进展转接，进入现场后采用RS-422/RS-485双向数据转换器转接至现场效劳器。2/4/8口RS422A接口卡与RS-422/RS-485双向转换器均采用工业控制标准接口板卡。当现场效劳器效劳于多台数控机床时，采用“1分N口并行数据收发器分接于多台机床。“数据接收器是专门针对仅有纸带浏览机8/5单位并行口的机床如线切割机而设计的。它完成机床与PC机的通讯以及实现数控程序的在线加工。使用数据接收器时，在机床接线上要作相应改动，即：在原纸带浏览机的输出信号线上通过三态门并入相应的3B代码数据信号，将原系统发送给纸带浏览机的步进信号作为控制系统写入数据的定时信号。系统设计时，设置了控制开关，用于选择使用原纸带浏览机还是使用数据接收器。4、软件开发原理系统的软件由两局部组成，一是网络控制系统的控制软件，再一个就是现场效劳器与各类机床的通讯软件。网络控制系统控制软件的开发原理网络控制系统的控制软件安装于中央效劳器中，其设计原理是：中央效劳器不停地接收并分析从各端口送来的恳求、命令、信息等数据包。当一个数据包接收完毕后，它将首先通过包中的校验码进展验证该包在传送经过中是否出错。假设出错，它将发出“重发命令给原发客户端：假设正确那么进展相应的处理。现场效劳器与各类机床的通讯软件开发原理针对各类机床与现场效劳器的通讯，软件开发的根本原理是：要将数控程序传入数控机床，首先将数控程序转换为机床能识别的代码EIA码或者ISO码，然后以数据包的方式读入现场效劳器内存，再逐字节地向数控机床控制系统发送，同时计算机不停地监测机床接口的状态存放器的状态。从机床传出数据，通讯控制软件总是从其程序代码的末端开场至常规内存的顶端0A0000H作为接收数据的缓冲区。5、结论此项研究解决了经济型数控机床的网络通讯和控制技术问题，实现了数控加工程序的中央效劳器集中存储、治理，网络查询及下载功能。解决了不具备直接通讯接口功能的数控机床的数控程序输入难题和在线加工问题。理论证实：该系统具有操纵简单、使用方便、运行稳定可靠、性能优良等特点。它的投入使用，大大地改善了数控加工程序的存储、治理和传输条件，进而有效地进步了实际消费效率。对于类似的、不具备远程监控和上线才能的数控机床的改造，具有重要的意义和参考借鉴价值。