基于串口服务器的开放式dnc系统实现

1/7基于串口服务器的开放式DNC系统实现摘要本文介绍了基于目前数控机床保有状况的一种较为先进的DNC联技术，在该基础上进行硬件连接以及DNC数控系统选型，完成了“适度自动化”的分布式数控方案。在工厂实际利用中，经验证可以减少生产环节的工作量，保证了数据传输的安全性稳定性，有效提高了生产效率。关键词DNC，串行通信，串口服务器，以太一引言制造业是一个国家的工业基础，其发展水平体现了该国的综合实力。全球在20世纪7080年代已经实现了CNC的普及；经过长期的发展，我国在数控机床的使用率上有了相当大的提高，也拥有了很多高精尖的单台工作母机，但是随着计算机、络化、自动化的迅猛发展，数控设备联化从而组建智能工作车间，集成生产能力已经成为大势所趋。联数控机床组建DNC系统是其中重要一环，是目前条件下中小企业提高生产效率最便捷的方法，是一种“适度自动化”可以很好提升人/机效率及生产能力，同时兼有经济性和高效性；向上容易集成生产管理系统、CAD/CAM系统，可以被纳入CIMS成为重要环节，因此单机数控自动化势必会往由计算机控制的多机数控自动化方向发展。二国内数控技术现况虽然我国的数控技术有了长足进度，数控机床普及率提高很快，但由于地区发展差异，以及采购的年代差异，导致了不同厂家、不同型号的数控机床并2/7存。世界上各数控系统与数控机床生产商生产的数控设备大都采用专用的芯片、专用的硬件电路，并配置专用的软件系统。这种封闭式的结构使得在数控设备上添加数据采集等功能的二次开发变得非常困难，而且容易破坏昂贵的数控设备。新老数控机床并存带来了下列问题1硬件兼容性通讯接口不一致目前数控系统的外部通信接口主要有以下几种A标准的串行通讯接口，RS232,RS485，有各种形式的变口，比如FANUC3M的电流环接口。B纸带阅读机或者纸带穿孔机接口，比如FANUC5T数控机床。可以通过转接来实现目的。C磁带录音机接口，如MNC862系统D比较高级的数据接口，比如络接口2软件兼容性各种数控系统的通信协议不一致。每个生产厂家都采用了不同体系的数控NC系统，比如FANUC,SIMENS数控系统。同时由于现有的车间建立时间比较早，布局上没有考虑到电磁干扰的问题，条件有限，我们需要将可靠性纳入DNC考量范围放置距离远因而可能需要长距离传输，机加工的车间环境动力设备较多导致的电子频率干扰，因而需要考虑一定的抗干扰措施来提高系统的可靠性。为了符合以上几个要求，采取了措施统一硬件接口，兼容3/7各种软件协议，从而达成扩展功能，适应国内目前数控机床联的现实需求。三基于异构CNC系统的开放式DNC系统研究笔者在常州某通讯设备生产厂机加工车间发现该厂拥有不同厂家、不同型号及不同生产年份的CNC数十台，而且散落在车间各处，排放格局极其不规范。基于这种状况，我们需要建立一种开放式、基于异构CNC系统的DNC系统，能够向企业信息层提供一个统一的接口，有效的屏蔽掉车间CNC系统和数控设备的差异，通过软件来代替硬件，建立起和不同的CNC系统的通信协议库，从而规范异构CNC系统的通信接口。对于企业而言，该系统是开放的、可扩展的，新增CNC设备只需要添加该设备的CNC系统的通信协议即可。同时该DNC系统向上可以集成进入企业信息化系统，向下可以包容CNC系统，向两个层面发展。示意图如图1所示。现有的联方式有点对点式、现场总线式以及局域式，在比较各种DNC联方式后，我们决定目前采用基于串口服务器的联方式串口服务器和CNC的连接这里针对的是具备各种串口接口的机床，在各机床电气柜内用单串口服务器将串口转成4/7RJ45屏蔽双绞线与HUB相连，或者用多口串口服务器同时连接几台机床，再延伸RJ45屏蔽双绞线与HUB相连。串口服务器与HUB的连接串口服务器以RJ45双绞线与HUB相连，注意这里的线压线方式与普通联方式不一致。特殊的具有络接口的机床可以不通过串口服务器，转接后直接联入HUB，交由上位机进行管理。HUB连接作为以太的入口整个络以车间现有的办公络为基础，车间里用四口或者八口HUB相连，视状况而言HUB可以是八口，十六口，或者三十二口，数目如果够多的，可以将HUB级联。然后将HUB与作为服务器的的PC机相连；也可以同时连入几台客户机，方便工作人员调用观察程序，但不具备高级管理员功能，达成扩展功能。从而完成车间的硬件连接系统。示意图如图2所示。这样，DNC络可以随时添加或减少设备机床，而且适用于大多数各种接口的机床。在有新的机床需要加入的时候，只需要在硬件上接入，在DNC数控端予以设置就可以了；删除的时候反向操作，所以这里柔性可配置的络对于中小企业是相当重要的，这也是笔者认为“适度自动化”精神的体现。串行接口尤其是RS232C,数据传输速率最大只能到20KBPS,5/7一般是4800BPS或者9600BPS，最大距离仅15M，所以适用于串口服务器和CNC之间的通信。RJ45屏蔽双绞线传输速率和最大距离都有很大提高，在抗干扰性方面也大大优于串行通信，所以适用于接入以太，进行长距离的从串口服务器到上位机的通信。四硬件连接和软件选用串行端口的本质功能是作为CPU和串行设备间的编码转换器。当数据从CPU经过串行端口发送出去时，字节数据转换为串行的位；在接收数据时，串行的位被转换为字节数据。在WINDOWS环境下，串口是系统资源的一部分。RS232C串行接口，在微软的WINDOWS系统中称其为COM。串口服务器是将来自TCP/IP协议的数据包，解析为串口数据流；反之，也可以将串口数据流打成TCP/IP协议的数据包，从而实现数据的络传输。串口服务器在数控系统组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上的任何一个计算机，也可以把来自局域的任何信息透明地传输给数控设备；相当于局域和串口设备的关通过为串口服务器配置IP地址，使数控机床成为局域中的一个节点，从而拥有局域的部分功能，实现资源共享。曾经考虑DNC系统采用MOXAC128多串口卡，但是由于需要6/7内置在PC机内，使用PCI或者ISA插槽，对于传输距离扩展不利。为实现工业控制主机的端口数量与传输距离的扩展，我们最终选择使用MOXA的单串口和多串口服务器，在接口不符合的时候，采用转换器转接。MOXANPORTEXPRESSDE311单串口服务器，带有一个RS232/RS422/RS485串口端，可以很灵活的把单台机床设备联进入以太，布线简单明了。MOXA多串口服务器有很多种，根据机床的集群与位置可以选择4口、8口或16口。我们的选择为NPORT5410/5430、NPORT56108/56308或者561016/563016，最后一位数字是串口数目。在数控设备端采用MOXAA52RS232CRS422/RS485转换器实现与CNC的转接，A52是一种智能型的RS232C与RS422/485双向转换器，具有自动数据流向控制功能ADDC，自动适应各种波特率，且其RS422/485端口提供高达25KV的ESD浪涌保护，可靠性更高。为了以后数据安全，可以在以后扩展使用双双主机的CN2611方案，CN2611内置两个以太卡，可以用两个IP地址联，从而允许设立备份主机来保存重要的数控程序、参数设置文件以及PMC调机文件。软件我们优选了目前存在的DNC成品软件可以方便的进行数控文件的编辑、比较与7/7管理，是目前技术较为先进和使用最为广泛的DNC系统。五优点及实施效果在过去的封闭式数控系统中，由于缺乏共同的编程方法，缺少标准的人机接口，都极大的限制了数控系统参与各方的努力与发展。我们在这里探索的DNC系统在硬件上规范了通信接口，以后可以集成各种通信协议，形成了一种可配置、可扩展的开放式结构；在常州该公司生产过程中证实，确实有效提高人员效率，减少调机成本，在程