基于工业以太网的网络数控系统开发及实现

1 引言

　　从企业实际需求来看,对于制造业,目前企业的MIS和ERP仅仅局限于通常的管理、设计开发等上层部分的信息化,是远远不够的,工厂、车间的最底层数控机床不能够连成网络,就必然成为制约制造业企业信息化的瓶颈,不能充分提高生产效率。对于面临全球化竞争的现代制造工厂,数控机床必须达到一定的数量或比例;其次就是把所拥有的数控机床组建成一个双向、高速的制造体系,彻底解决信息孤岛问题,构成数字化车间,以保证信息流在工厂、车间的底层之间及底层与上层之间通讯的畅通无阻。

2 网络数控技术的发展

　　2.1 DNC系统及网络结构

　　DNC(Direct Numerical Control, DNC)系统是指多台数控机床由一台计算机统一分配控制程序和进行管理。现在的DNC系统从内容和意义上已发展成为分布式数字控制(Distributed Numerical Control, DNC)系统。从数控技术的发展分析,分布式数控系统是由直接数控系统发展而来的,是针对当时数控设备内存小、处理能力弱而产生的。以后出现的计算机数控(Computer Numerical Control, CNC)设备使DNC系统增加了程序编制和编辑功能,并且有一定的通讯能力。随着局域网、数据库、工作站的发展以及零件加工系统发展的需要,出现了分布式数控系统,它是针对车间的生产计划、技术准备、加工操作等基本作业的集中监控与分散控制相结合而产生的车间生产控制系统。系统的目标任务通过局域网分配给各子系统,子系统之间信息相互交换以协调完成任务。这种系统的优点是易于扩充、灵活、可靠性高,具有良好的开放性。

图1 传统DNC结构

　　一般DNC系统通常具有两级计算机分级结构形式,即主控计算机加CNC系统群组成(见图1)。对于通信距离短、组成DNC系统的数控机床数量少的小型系统可采用这种方式联接。该联接方式结构简单,但连线多、易出故障、通信距离短(RS-232通讯距离一般为15m以内),不适宜较大范围的DNC系统。

　　2.2 现场总线系统及网络结构

　　鉴于以上通信方式存在的缺陷,一些研究单位提出了基于现场总线技术(主要有BitBus和CAN总线)的改进型DNC通信系统,可实现远距离通信,具有操作方便、开放性好的特点,其网络拓扑结构如图2所示。每台数控机床配备一台通信前端单元,各通信前端单元与DNC主控计算机间采用现场总线进行连接。通信前端单元与数控系统集成在一起,可靠性高。系统具有良好的扩展性,设备更灵活,但是车间级网络是总线协议,工厂上层网络都是基于TCPPIP的以太网,这样还不能方便地实现信息共享。

图2 基于总线的DNC结构