基于串口服务器的开放式DNC系统实现

制， 采用 Ｒ ３ 技术 ， Ｓ ２２ 可以实现计算机与数控机床的短距离 （ 十几米）的数据通信 。 由于在一般 的工业加工现 场，数控机 床与控制计算机 （ 一般在机械加Ｔ车问的机房 内） 的距离较远 （０ ５ ０～１ ０ ｍ ， Ｏ ０ ） 根据 现场 实际的需 蛰 ， 采用 了 Ｒ ４ ５ ２ Ｓ ８ ／４ ２串行通信 标准 ， 并 根据其 电气特性 实现了计算 机与数控机床的远距离传输。 在 数控机床 处开发接 口电路 ， 实现Ｒ ４ ５ Ｓ ３两 者信号的转 Ｓ ８ 和Ｒ ２ ２ ｃ ］ Ｃ ｎ ｒ ｌ ｏ ｉｔ ｉｕ ｅ ｕ ｅ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ） ａ ｏ ｔ ｏ ｒ Ｄ ｓ ｒ ｂ ｔｄ Ｎ ｍ ｒ ｃ ｌＣ ｎ ｒ １ 系统 在 换， 两者的接 口电路用 Ｍ Ｓ ５ 单片机实现 。 Ｃ一 １ 实际生产应用 中， 有不少 的问题 ：①每 台数控机 床都需配 备 各工 作站 与服 务器 组成 以太网。拓扑结构可为总线型 、 台 电脑才能控制所有的数控机床，设备成本增加 ， 而且 降 环 型、星型等，一 般为星型。 《 ｌ ｝ ¨ “｝ ＃ 低 ＴＩ 工的可靠性 ；②操作者必须在机床端和计算机端交替 貅 ｌ １２ ￡ ￡ 截 Ｊ Ｎ ． 系统 联网结构 操作 才能完成数据传送，增 加了人工 成本 ；④数控 （ ｃ Ｎ ）程 各计算机 工作站和服务 器通过以太网互联， 服务 器计算 序共享程度低 ；④不能组成网络化的数控加工系统 。 机通过计算 机串 口（Ｓ ２ ２ 连接通信节点设备， 台数控 机 Ｒ－３） 每 本文基于以太网 、 Ｓ ３／ ８ 串 口通 信、 Ｒ ２２ ４ ５ 现场总线技术 、 床均通过Ｒ 一 ３ 串 口与通信节点设备相连， Ｓ２２ 各通 信节点再 通 Ｗ ｄ ｗ ｉ ｏ ｓ网络通信和多线程技术，构建出数控加工网络 Ｄ Ｃ ｎ Ｎ 过通 信电缆连接在 一 ， ｂｇ 为总 线型。 起 拓Ｃ ＿ 构 ｅ 系统， 实现了多台工作站向一台计算机 传输数控 程序 和一台 ２ 系 统 硬 件 设 计 计算机同时对多台数控机床进行程序管理和传输， 足了企 满 ２ １通信总线选择 ． 业 自动化生产及资源共享需求， 好地 解决 了上述存在 的 问 较 根据 实际 需要 ， 以及各类总线 技术的优缺点， ｓ ２ ２ 在Ｒ 一 ３ 题 。此系统在应用 中取得 了较好的效果 。 ＣＮ Ａ 总线 、Ｒ一 ８ 、Ｒ － ２ 等 儿种总线 力 案 中采用了 Ｒ－ ８ Ｓ４５ Ｓ４２ Ｓ４５ 单总线方式，以适 用于 远距 离传 输。 通信节点 设备在同一 各 １ 系统 方 案 设 计 １ １基 本 原 理 ． 条总线上 ，内部设 置开关进 行编码， 中与计算机相 连的设 其 计算机的串 口（Ｏ ） Ｃ Ｍ 和数控机 床本 身的Ｒ ２ ２接 Ｅ遵 循 Ｓ３ ｌ 备设为 ０ 。 号 相同的数据通信协议 ， 利用它们之 间的数据传输可以实现计 ２ ２通信节 点硬件设计 ．

MAP网和工业以太网：FANUC、 Simens、AB等 。
现场总线（Field Bus）
- 结构简单、协议直观； - 价格低廉、性能稳定； - 实时性较高，抗干扰能力强，适用与工业现场通信。
➢ 混合通信接口
混合通信接口实际上就是前几种方式的混合。例如 计算机网络与RS-232C、RS422、RS485混合。
维修站 WS10 工具库 WS11 设备1设备n 设备1设备n 设备1设备n
1000M
16路 数据采
集卡
信号 处理板
车间现场HUB或交换机
16路数 16路数
据采集 据采集
卡
卡
智能 多串 口卡
数控班组
信号 处理板
剃齿班组
NC机床 其它机床 NC机床 NC机床 NC机床
NC机床
六、DNC系统未来发展趋势
2 .DNC发展过程
群控（Direct Numerical Control）
直接数字控制（Direct Numerical Control），也有人称 它为“群控” （60‘s）
分布式数控（Distributed Numerical Control ）
DNC系统实施分级控制，CNC计算 机直接控制生产机床并与DNC系统主机 进行信息交互，DNC主机也可与其它计 算机进行信息的交互。DNC系统配置的 这种发展，使DNC的含义由直接数控变 为分布式数控（Distributed Numerical Control ）。（70’s）
3.DNC系统的主要功能
• NC程序的上载与下载； • NC程序存储与管理； •系统的简单控制与调度； •系统状态信息的采集、处理和报告； •根据生产作业计划进行生产调度与 控制； •计划、工装（刀具、量具、夹具） 信息、物料数据的集成化生产管理。

作 者 简 介 ： 春 勇 （ ９ ３ ）男 ， 苏 如 皋 人 ， 士 研 究 生 ， 究 方 向 金 １８ 一 ， 江 硕 研 为 Ｃ ／ ＡＭ 及 计 算 机 集成 制 造 系统 ． ＡＤ Ｃ
Ｇｒ ｐ Ｔｅ ｈｎ ｏ ｏｕ ｃ ｏｌｇｙ ＆ Ｐｒ ｄ ｔｏ ｏ ｒ ｚ ｉ Ｖ ｏ ． ４， ｏ ｕｃｉ ｎ Ｍ ｄｅ ｎｉａｔｏｎ １ ２ Ｎｏ． ２ ３， ００７
中转站 ， 分为并 行接 口和串行 接 口． 行传 输抗 干扰 并 能力 差 ， 宜用 于长距 离传 输 ， 不 尤其是在 环境 较恶 劣 的加 工车 间． 串行方式 使用 线路 少 ， 向 的串行传 递 单 只要 一条信 号线 ， 较 长 距 离 的数 据 传递 采 用 串行 在 方式 比较经 济 ， 而且可 避免在 远程 传输 时 ， 条线路 多
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文 章编 号 ：０ ６ ２ ９ ２０ ）３ ０ ５ —０ １０ —３ ６ （０ ７ ０ — ０ ５ ２
基 于 串 口服 务器 Ｄ ＮＣ的 据传 输 可 靠 性研 究 数
金春勇 ， 许 超 ， 麒麟 蒋
（ 南大学 机械工程学院 ， 京 ２０９） 东 南 １０ ６
的线 间干扰 和耦合 ． 此 ， 于 Ｃ Ｃ加 工 程 序 等可 因 对 Ｎ
１ 基 于 以太 网 的 串 口服 务 器 的 Ｄ ＮＣ 系统 结 构 及 存 在 问题
基 于以太 网 的 ＤＮＣ通 信 的拓 扑 结 构如 图 １所 示 ， 口服 务器具 有 以太 网数据接 收 串 口， 口服 务 串 串 器 的串 口同时与 数控 机 床 的串 口相 连 ， 口服 务 器 串 通过 以太 网 实 现 ＤＮＣ主机 与 其 他 计 算 机 连 接 ， 实 现数控 机床 的联 网． 可用 具 有 以太 网接 口的串 口服 务 器实 现车 间局域 网 （ 以太 网） 和数 控机 床 串行 通信

DNC系统简介DNC是Direct Numerical Control或Distributed Numerical Control的简称，意为直接数字控制或分布数字控制。

⼀、DNC的历史20世纪60年代，⼈们最早提出DNC时其含义是直接式数字控制(Direct Numerical Control)。

当时计算机的⾼成本是阻碍数控机床普及的主要问题，为了降低数控设备的成本，将若⼲台数控设备直接连接在⼀台计算机上，由中央计算机负责数控程序的管理和传送，这就是直接数字控制。

20世纪70年代，由于计算机，特别是微处理机技术的发展和价格的下降，使得CNC硬件的成本不再是影响NC应⽤的主要问题，⽽且CNC的存储容量扩⼤，已可以存储简单零件的程序，这时DNC的基本功能发⽣了⼀些变化，数控程序不是以实时的⽅式传输给数控设备，⽽是⼀次完成全部传输，存储在数控机床的程序存储器中，在需要时可以启动运⾏。

这就是所说的分布式数字控制(Distributed Numerical control)，分布式数字控制除了具有直接数字控制的功能外，还有系统信息收集、系统状态监控和控制功能。

20世纪80年代后，随着信息技术和先进制造技术的发展，DNC的功能和内涵也在不断扩⼤，主要体现为以下两个⽅⾯:1.从传输的内容和实现的功能上⽬前DNC系统传输的不仅包括NC程序，⽽且包括执⾏特定⽣产任务所需的制造数据，如⼑具数据、作业计划、机床配置信息等。

部分DNC系统还具有机床状态采集和远程控制等功能。

2.车间的地位及其所发挥的作⽤利⽤DNC的通信⽹络可以把车间内的数控机床通过调度和运转控制联系在⼀起从⽽掌握整个车间的加⼯情况，便于实现加⼯物件的传送和⾃动化检测设备的连接，DNC系统连接数控设备和上层计算机，是实现CADC/AM和计算机辅助⽣产管理系统(CAPMS)集成的纽带，是实现设计制造⼀体化的桥梁。

相⽐与FMS，DNC更注重于信息流的集成，从⽽避免FMS在物流上的⾼投资，是机械加⼯车间实现制造⾃动化的较好⽅式。