网络数控系统及其关键技术分析

　　网络化的全球制造已经成为未来制造系统的发展趋势。作为网络化制造系统的基本单元,网络数控技术致力于研究数控系统的网络通信功能。它将数控技术、网络技术和计算机技术等先进技术融为一体,使数控系统能够轻松上网,实现制造车间设备的集中控制管理,乃至远程控制、远程故障诊断、网络制造,从而可以在全球范围内,将具有不同数控类型的企业联系起来,实现资源的共享和优化利用。本文首先分析网络数控系统的发展现状,然后对其发展中的关键技术进行了讨论,提出一些观点供参考。

1 传统数控系统与网络数控系统

　　网络数控系统从其出现经历了最初的DNC系统,到目前广泛应用的FMS系统, 大多配置RS232C 串行接口、RS422工业接口,还有DNC ( direct numerical control - 直接数控)接口。为适应网络技术的要求,许多数控系统还带有与工业局域网络(LAN)通信的功能。虽然它们已具有了一定的联网功能,但采用的是主从式结构。信息交换基本上都采用下列3种方式:

　　(1) 选用符合MAP标准的DNC网络接口软件。

　　(2) 通过PC机与网络相连。

　　(3) 通过“DNC装置”或“数控机床集成器”来完成NC程序传递和机床状态数据采集等功能。

　　数控系统本身并不具有网络功能,且构成的网络系统均为企业局域网,只能实现部分信息的传递,而不能实现全球资源的共享。另外,在这种局域网中,虽然利用PC机或接口作为桥梁实现了数控系统的联网,但数控系统与通用PC机之间的通信线路由于速度低和可靠性差,往往成为系统中信息程度的瓶颈。再者,由于通用PC机和接口的应用,扩大了系统硬件规模,不仅提高了系统成本,而且增大了故障概率。

　　现代意义上的网络化数控系统同传统的“网络数控系统”有着很大的不同。它是以通信与资源共享作为手段,本身具有网络功能,基于Internet使得车间、企业乃至全球的制造系统联为一体,支持远程控制,使得远程用户能够实时利用自主数控系统。网络数控系统支持ISO2OSI网络互联规范,具有很强的开放性。它的联网功能通过标准网络设备来实现,而不需要其它的接口部件或者上位机。它支持标准的总线型、星型、环型等拓朴结构。从客户/服务器的角度看,传统CNC系统仅通过接口与外界进行部分数据交换,是封闭的;网络数控系统从内部支持开放式系统互联规范,它是开放的。

2 网络数控的发展现状

　　近几年为使数控装备满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求,使之成为实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元,目前世界各国的一些研究机构和生产厂商都在积极研究基于Java语言的网络数控系统。欧洲、美国、日本各自成立了网络数控系统的研究机构,并且都已经取得了重大进展,公布了部分研究成果。美国政府实施了EMC ( EnhancedMachine Controller,强化机构控制器)计划,并于1999年推出了世界上第一台基于Java语言的网络数控系统。国际上一些著名数控机床和数控系统制造公司也都在近两年推出了相关的新概念和样机, 如在汉诺威EMO2001 展中, 日本山崎马扎克(Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”(智能生产控制中心,简称CPC) ;日本大阪(Okuma)机床公司展出“ ITp laza”(信息技术广场,简称IT广场) ; 德国西门子( Sie2mens)公司展出的Open Manufacturing Environment (开放制造环境,简称OME)等。在国内,国家经贸委于2000年6月开始组织实施国家技术创新重点项目《新一代开放式数控系统平台开发》,经过两年通力协作,共同完成了国家标准《开放式数控系统总则》的制定,并于2002年12月颁布,在2003年1月正式实施。开放式数控系统国家标准的正式颁布,加速突破了对我国制造业制约最为严重的数控技术瓶颈,也为网络数控技术的发展提供了良好的机遇和条件。一些高等院校和科研单位也对此进行了积极的研制开发工作,目前我国基本掌握网络化数字化制造系统的基础技术。如南京四开电子企业有限公司近期内推出的SKY5050数控雕铣机床,其采用的CNC为SKY2000N型数控系统,该数控系统以奔腾Ⅲ为管理核心,以高速DSP为控制核心,操作系统以W IN98为平台,具有标准高速以太网接口,还具有大容量的硬盘(40G以上)以及128兆的内存。信息产业部第六电子研究所和利时公司,最近开发出基于LINUX操作系统支持SRECOS、PROF IBUS总线的网络化数控系统。系统和现场设备之间只用一对光缆连接,可控制伺服电机达50轴以上,实现同步控制8轴以上,达到了国际先进水平。北京林克曼数控技术有限公司研制出基于W INDOWS2000 (NT)操作系统环境,采用SERCOS接口协议,具有在线及离线编程等功能的LMGQ2A型网络数控管相贯切割机。