数控设备RIC—DNC物联网建设创新工作研究

1 物联网-群构架

    群自身的核心竞争力，包含单元核心能力，与整体核心能力数字化远程异地数控物联网，必须建立一个能够搭建网络化工作的平台，通过这个平台能够协同工作，如：具有物联工程组态开发、工程项目管理、工程运行发布、系统监控等等。这个专业群网络群构架是一个由组态技术、网络化软件工程技术、网络化工控技术、网络化检测与控制技术、网络通讯与设备通讯技术，实时数据库管理技术、网络化数据传输与存储技术等相近相关的专业或专业方向共同组成。

    群自身的结合融聚力，凝心力，要有突出品牌自主技术支撑(核心竞争力。RIC数控物联网，属于综合性的技术平台、服务平台、管理平台，培养人的平台，高新技术创新的平台。拥有多方面的单元核心点，具有明确的主题整体核心能力，具有明确的主题整体核心能力，用于专业群、产业群的建设。

    物联网已被世界公认为世界信息产业第三次浪潮，开发应用前景巨大。物联网的核心是信息交换和通讯，信息交换和通讯的核心是对各种物的接口与网络接口的对接。信息交换和DNC通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。信息传输服务包含：数据传输与命令传输服务。信息传输方式有“有线传输与无线传输”。

    数控设备是一种高科技的物、检测设备是物、监控设备是物、识别设备是物，…RIC—DNC解决了数控设备物的接口与通道、数据传输与命令传输服务、信息传输方式、以及物的端口远程映射的核心技术，数据及文件校验远程传输可靠性技术，RIC—DNC数控物联网的核心发展方向，就是物联网。

    例如：RIC—DNC物联网可以实现256台数控设备(数控机床、刀具测量仪、工件测量、打印设备、PLC设备、FC设备、变频设备等等)通过有线，无线串口服务器与计算机通信，实现互网。

    作为数控机床物联网，NC的操作者(客户端)只需要在数控设备的控制面板上输入远程控制指令，即可完成程序的发送、接收和列表查询与排程。实现多台机床并行在线加工，断点续传能力，并可实现自动、手工、断电断点续传，在线加工过程中会实现自动补包，确保了传输到机床的程序无误。可将不同设备的控制系统以不同的通讯协议方式同时接入远程DNC SERVER进行管理。上传程序时，服务器能够自动接收、自动保存数控程序，服务器端无需专人职守。实现加工程序远程列表浏览，操作者在机床端就可以浏览服务器上对应的文件列表，并可在列表中选择程序进行调用。

    数控机床的操作者同时可以通过上网本，可以进行有关车间生产的管理、数控加工相关文档的查询浏览：RIC—DNC具有强大的日志管理功能，可以记录整个系统的所有事件，提供远程复合查询检索方便问题的查找。可查看数据传输的日期、时间、文件名以及上传还是下载等内容，用以记录操作者的操作过程及出错信息，可以实施记录加工时间。可以自动备份通信参数，在移机或重装系统时，机床参数可智能恢复。

2 远程异地物联网

    以太物网联方式使数控设备与工厂的其他部门交互对话。通常的数控机床都是自动化的独立孤岛，CNC技术中的革命使CNC系统提供PC功能和以太网的联接性，由于CNC系统的开放和提供以太网联结，车间就可以从其机床上获得信息以提高生产率以及更多的东西。物网联把CNC系统与生产管理系统、制造系统联接，诸如CAD，cAPP／CAM，MES和ERP，可以提供很多的生产优势。一般而言，CNC设备有三个层次的网络工作：信息层、控制层和装置层。CNC设备信息层主要用于DNC与机床之间发送数据(如操作程序、刀具信息的数据传输)：网络信息层可以通过RIC虚拟桌面协同平台，实现办公室环境(包含远程异地办公)和操作者工位之间信息交流、通过RIC—DNC完成监视设备的统计数据的传输；而控制层则通过第三方应用程序，实现控制数控设备，CNC装置层和控制层支持许多接口，控制器的动作(如PLC)可以支持远程网络控制，信息可以通过网络被送往控制系统中的装景和外围设备。

    机床联网架线，大多数CNC系统是用RS-232联接的而不是用以太网联接，因此车间可以采纳有线／无线串口服务器联接方案，RIC—DNC无线交换机位于车间中心地点部署，接入到车间局域网中，接收和发送无线讯号。

    2．1局域网内串口设备的联网对于RIC—DNC服务器作为集中控制应用，用户对于数控机床(客户端)与DNC(服务器)之间采用《服务器／客户端》通讯的操作方式，物与物之间采用<上位机／操作站>通讯的操作方式，可有三个选择：

    2．1．1虚拟串口方式提供Windows标准串口驱动程序，是最为简单的局域网内通讯方式，原有以串口通讯为基础的应用软件，在Windows系列操作系统下不需要作任何的更改即可使用。可以让一个串口对应一到多串口服务器，连接到数控机床，由此主控计算机可任意与每台接入局域网的数控机床进行实时的双向数据交换与命令传输。虚拟串口通讯主要应用于数控设备终端联网的应用。

     2．1．2 Socket协议连接方式采用Socket协议直接与系统的终端设备(非数控机床)相连的需要。在这种应用方式下，用户也要给每个串口服务器分配一个局域网内固定的IP。由于采用的是TCP直接连接方式，这就要求上位机和串口服务器通讯采用Socket连接，用户的上位机的形式为TCP Server设置，并提供制定的端口监听。所有的连接终端设备的串口服务器被设置为TCPClient模式。需要用户开发Socket应用的后台软件。通常对串口服务器的应用，推荐采用Socket方式建立上位机与终端间的直接TCP连接。

    2．1．3 MCP连接模式专门为数控机床连接的TCP/IP连接模式，具有虚拟串口方式与Socket协议连接方式相结合的特点.具有两个IP服务端口，数据端口与命令端口，可以对单串口服务器连接，也可对多串口服务器连接。

图1 MCP工作原理

    RIC—NC601A工业级串口联网服务器。集成lCMP,IP,TCP UDP，DHCP，Telnet,DNS，SNMP多种网络协议和WINDOWS COM标准接口，提供TCP real port、TCP，UDP Socket(tep client、tcp server、udp)、MCP共九种工作模式，内部DNC服务器+RIC联控协同平台配置一个专线网内固定IP地址，为用户的串口设备轻松实现网络功能，使得外部DNC信息服务器能够连接到内部DNC。

    2．2 专线网内串口设备的联网车间DNC配置一个专线网内固定IP地址，每个连接的串口服务器都配置一个局域网内固定的IP地址。非数控机床物联网的主控服务器为TCP Server形式，每个连接的串口服务器配置为TCP Client，通讯采用TCP直接连接，由第三方提供的控制软件具有socket功能。

    数控机床物联网，车间内设立RIC—DNC服务器，通过无线串口服务器与数控机床联网，采用MCP模式直接连接。车间以外的分布机构RIC—DNC服务器+RIC联控协同平台，同样采用MCP模式直接与数控机床连接。这种组网方式与在企业局域网内的组网基本原理与设置几乎相同，区别在于一个是由电信服务提供商构建的专线(城域)网网络规划，一个是由企业自身构建的局域网网络规划。

图2 外联工作原理

图3 内联工作原理分页

    2．3使用PPPOE协议，采用ADSL modem连接的跨网关通讯

图4 互联工作原理

    有线，无线串口联网服务器一个重要的功能是具有PPPOE协议线，与ADSL Modem相连可以接人互联网(接入光钎主干网)，具有跨网关通讯的卓越特性。这个特性将企业局域网与专线(城域)网互联，通过域名解析或绑定的固定IP连接方式与远程异地DNC SERVER进行联网。提供远程的设备运行状态监控、设备的远端调试与维护，通过互联网连接，与企业计算机监控系统组成一个跨网关通讯的应用。这种特性满足了分布于全国各地，可以实现远程异地制造物联网。

    采用RIC—DNC随机配备的配套软件，在RIC—MCP—SCOM模式下，其中主机IP Address(远端主机IP)设置为合法的公网lP地址，连接的端口号为TCP，IP通讯COM端口号与MCP模式服务端口号(数据端口与命令端口。在这种情况下，一但串口服务器上电，将自动的采用ADSL自动拨号接入互联网。完成联网后，串口服务器主动连接合法公网IP地址的DNC服务器，用以完成数据传输与交换。

    2．4 不具有Socket协议的设备问的互联

    2．4．1 不同位置点对点工作方式：两台处在不同位置点对点工作方式，而且相隔很远的PLC之间需要交换数据建立通讯，在一个大范围的厂区内，两个在不同车间的PLC之间需要点对点交换数据，这两台PLC都可以由串口服务器接入企业的工业以太网，两台串口设备中间走TCP/IP以太网，两端走RS一232方式。

图5 点对点工作方式

    可将其中的一台串口服务器(IP为192．168．0．233)配置为TCP Server工作模式，另外一个串口服务器(IP为192．168．0．232)配置为TCP Client工作模式，由此这两台P优之间具备了支持Pair Connection成对使用通讯的能力，而不必借助于任何计算机的帮助。

    2．4．2 点对点工作方式PC机与PLC之间连接PC机可以通过PLC控制其他的采集器，如变频器、温度采集模块、一般输出扩展模块。

图6 点对点工作方式

    2．4．3组播工作点对多点方式可以建立一个点对多点的设备间TCP直接连接，一台计算机控制多台采集器，将联接的串口服务器配置为TCP，UDP Socket工作模式，TCP数据模式为Raw，会话协议为UDP。通过网络来传输串口数据，网络设备连接示意图如下：

图7 一点对多点工作方式

    2．4．4多点对一点工作方式串口服务器的每一个串口可以同时被最多台主机映射为实COM口，即多台主机可以同时打开同一台串口服务器的串口控制同一串口设备。例如：实现多部门客户端能在同一时间通过自己的PC观察到通过物联的不同数字化设备，了解设备的监控状态。

图8 多点对一点工作方式

3 远程异地物联网专业群与产业群

    3．1以数控技术网络工程为重点进行专业群建设

    3．1．1数控技术专业相关的机电专业群包括机电一体化技术专业、电气自动化技术专业、数控技术网络工程专业。

    3．1．2数控加工专业相关的制造专业群包括机械加工工艺及装备、模具设计与制造、计算机辅助设计与制造、数控技术与维修专业。

    3．1．3数控加工生产管理专业群模具及模具加工设备营销和技术服务、制造设备管理营销和技术服务、车间管理信息化和技术服务。

    3．1．4现代制造模式实训专业群CNC仿真实训室、CAD／CAPP/CAM实训室、网络化制造实训室、数控加工与维修实训室、国家职业技能鉴定与国家创新技能竞赛实训室。

    以数控技术新型制造模式，形成机电专业群、制造专业群、工业控制专业群、生产管理专业群、实训专业群的综合性专业群建设，以物联网形式形成交叉信息网。包括创新人才培养模式、课程体系改革模式、实训基地改革模式、师资队伍建设改革模式等项目专业结构调整，形成强烈的辐射力网络群。这是一个大胆的观念转变，突破传统的课程体系、实训体系，形成社会需要的创新人才培养模式。

    设备维修网络、设备管理网络、工业控制网络、数控夹具-刀具-量具网络展示台、数控刀具在线信息追踪采集与监控，CAD／CAM集成在该网络环境下，完成实体仿真、后置处理、自动传送、直接加工等全过程，很容易和INTERNET网相连，实现远程诊断、远程服务和实时图像监控。可根据加工对象的工艺需求，配备相应的工装夹具、刀具、物流系统，实现加工对象的柔性化，适应各种批量及多品种规格零件的环流生产，是敏捷制造、柔性单元新型的制造模式。

    由此来看来，RIC—DNC—MES自主创新核心技术，在工业自动化控制、信息化实施、网络化实施、专业结构调整与专业群建设、物联网应用与开发等等带来巨大的影响。

    3．2 数控加工产业群建设中国未来主要产业调整的问题，首先是制造业，装备制造业、汽车制造、船舶制造、飞机制造，称为高端制造业。制造业物联网信息化属于战略性新兴产业，在制造产业结构发展定位上，应该形成区域性网络制造中心，实施“以主业为核心的有限多元化”战略，坚持“主导产业抓重点、重点产业上规模、特色产业求突破，结构规划上物联”的产业链思路，进行规模产品产业群(链)建设，生产具有完全自主知识产权的主导产品，产业集群(物联网)将形成产业园区和生产协作基地核心，形成整体的产业群的互联信息化，实现产品设计、制造、管理与营销(贸易)，原材料采购与物流产业群(链)管理的新模式。

    产业群管理单凭传统的“头脑”是不够，要依靠科学与信息化，放大人的“头脑”智慧，实现信息流通、技术流通、资源流通、人力流通、产品与物流流通，只有流通才有发展，只有加强制造业技术改造，推进信息化和工业化融合才能促进结构调整。

4 结论

    物联网，顾名思义就是“物物数字信息互联互通网络系统”，不单纯是“互联”“识别”，更重要是“互通”“互控”，RIC联控平台是核心，物联网群构架是脉络，DNC联接与通讯是通道，数控物联动是实体，实现远程物联管理。以国际视野和战略思维来选择与发展新兴战略性产业链，RIC—DNC国内第一个基于IPV6的MCP模式通讯的应用，有线与无线宽带网物联协议通讯，有望迎来快速发展，促进高端制造业产业结构调整。