4)所采用的接插件(connector)、集線器(hub)、交換機(switches)和電纜等已有為工業(yè)環(huán)境而設計的。至于以太網(wǎng)存在的不確定性和實時性能欠佳的問題,已由于智能集線器的使用、主動切換功能的實現(xiàn)、優(yōu)先權(quán)的引入以及全雙工的布線等,基本上得到解決。通過提高數(shù)據(jù)傳輸速率,仔細地選擇網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)及限制網(wǎng)絡負載等,可將發(fā)生數(shù)據(jù)沖突的概率降到最低。工業(yè)以太網(wǎng)經(jīng)過上述改進措施后,典型的工業(yè)應用中, 10M Ethernet峰值負載為10%, 100M Ethernet峰值負載為015% ,而Ethernet只有當負載達40%以上時才會有明顯的延時現(xiàn)象;在100M Ethernet網(wǎng)中,發(fā)送一個信息包延時超過2ms的狀況五年也不會發(fā)生一次,美國電力研究院(EPRI, Palo Alto. , Calif)的實驗結(jié)果表明,可保證延時在4ms以內(nèi)。網(wǎng)絡數(shù)控就是建立在上述工業(yè)以太網(wǎng)的基礎之上,而且采用工業(yè)以太網(wǎng)作為網(wǎng)絡數(shù)控的底層有多方面的優(yōu)勢: 1)成本低。因普遍應用所形成的硬件、軟件資源和廣泛的支持, Ether-net是世界上應用最多的網(wǎng)絡,超過93%的網(wǎng)絡節(jié)點為Ethernet。2)為了促進Ethernet在工業(yè)領域中的應用,國際上成立了工業(yè)Ethernet協(xié)會( Industrial EthernetAssociation)。美國電氣工程師協(xié)會(IEEE)正著手制定現(xiàn)場裝置與Ethernet通信的新標準。3)全球主要自動化廠商和組織加強了工業(yè)Ethernet的實現(xiàn),如德國SI-EMENS公司于1998年發(fā)布了工業(yè)Ethernet白皮書,于2001年發(fā)布了其工業(yè)Ethernet規(guī)范,稱為ProfiNET.2004年奧迪(Audi)、寶馬( BMW)、戴梅勒克萊斯勒(DaimlerChrysler)和大眾(Volkswagen)四家主要的德國汽車公司一致同意支持ProfiNET工業(yè)以太網(wǎng)標準。

4 基于工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡數(shù)控

　　網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)(Networked Computer Numerical Con-

　　數(shù)控加工技術現(xiàn)代制造工程2006年第1期trol System)是網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的一個分支。近幾年國內(nèi)比較高端先進的數(shù)控系統(tǒng)上都配備了標準以太網(wǎng)的接口,比如華中數(shù)控的世紀星系統(tǒng),這樣可以方便地進行聯(lián)網(wǎng),即使沒有標配以太網(wǎng)接口的數(shù)控系統(tǒng),由于都有RS-232接口,筆者也提出了RS-232到以太網(wǎng)的轉(zhuǎn)換解決方案,專用通信單元用AT89S8252單片機和AT24C512 Serial EEP-ROM,以支持Internet應用。此通信單元還有數(shù)據(jù)緩沖的功能,可以解決老式數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存太小,不能一次裝下復雜加工程序的問題,這樣就解決了加工停頓的問題,此裝置也符合工業(yè)標準,安裝方便。

　　本文以華中數(shù)控系統(tǒng)為例,說明基于工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)的實現(xiàn)。華中數(shù)控系統(tǒng)具有開放化、模塊化的優(yōu)點,支持Microsoft Network Client V310 forMS- D0S, Microsoft Network Client V310,包含了TCPPIP協(xié)議、DHCP功能,使構(gòu)建數(shù)字化車間非常地便利和穩(wěn)定,每臺華中數(shù)控系統(tǒng)都采用TCPPIP協(xié)議,如圖3所示,各車間HUB采用交換式集線器,再通過交換機聯(lián)到服務器,其中交換機高速接口聯(lián)到服務器端。系統(tǒng)開機以后,遠程的服務器自動分配給數(shù)控機床一個固有的IP地址,出于網(wǎng)絡安全的考慮,此IP地址是私網(wǎng)地址,一個網(wǎng)段內(nèi)可以容納254臺數(shù)控機床,如果數(shù)控機床數(shù)量多,可以劃分幾個網(wǎng)段,可以為每臺數(shù)控機床設置各自的名稱,由于采用DHCP技術,避免了設備沖突,可以很便利地增加或減少數(shù)控機床。每臺數(shù)控機床分配到IP地址以后,就可以實現(xiàn)機床和機床之間、機床和服務器之間的雙向資源共享,可以利用服務器上的海量磁盤空間存儲復雜的加工程序,解決了數(shù)控系統(tǒng)存儲容量上的瓶頸問題。服務器又可以和上層企業(yè)級網(wǎng)絡聯(lián)網(wǎng),使車間級網(wǎng)絡和企業(yè)級網(wǎng)絡很好融合。由于網(wǎng)絡的雙向性和數(shù)控機床的名稱確定性,可以很方便地給每臺機床的數(shù)控系統(tǒng)進行升級,改變了以前的用軟盤逐臺升級的方式,大大提高了效率,減少了系統(tǒng)升級帶來的生產(chǎn)停工時間。如果服務器接入Internet,這樣無論在什么地方,都可以通過自己公司搭建的VPN網(wǎng)絡連接到公司內(nèi)部網(wǎng)絡,實時查看各數(shù)控機床加工的程序和工作狀態(tài)。利用成熟的網(wǎng)絡技術,可以實現(xiàn)所有的數(shù)控機床無論分布在何處,只要連接到Internet,便可以把這些機床虛擬為一個很大的內(nèi)部網(wǎng)絡,機床是否開機和運行,狀態(tài)一目了然。舉例來說,如果有足夠的權(quán)限,完全可以實現(xiàn)在北京的設計人員把加工程序?qū)崟r發(fā)送到深圳的生產(chǎn)基地的某臺特定的數(shù)控機床上進行加工,大大改變了繁瑣的人工流程。

圖3 以太網(wǎng)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　華中數(shù)控的網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)在實際中已經(jīng)得到很好的應用。江蘇常柴股份有限公司,采用華中數(shù)控的網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)將其模具車間的5臺加工中心和一臺仿形數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng),可在遠程異地設計、編程,然后通過Internet網(wǎng)絡傳送和共享零件加工程序,實現(xiàn)CADPCAMPCNC的網(wǎng)絡集成,大大提高生產(chǎn)效率和設備的利用率。常柴股份有限公司的北廠模具車間的所有數(shù)控機床通過內(nèi)部局域網(wǎng)(NT網(wǎng))連接,模具車間的NT網(wǎng)絡上的服務器,通過Internet與5km外的常柴總廠計算中心連接?？倧S計算中心由UGò或其他CADPCAM軟件生成的數(shù)控程序可通過Internet和服務器傳送到模具車間的任何一臺數(shù)控機床的控制系統(tǒng)中。由于華中網(wǎng)絡CNC具有較大的內(nèi)存和外存空間,其資源可共享到計算機網(wǎng)絡上。因此,每臺配華中數(shù)控系統(tǒng)存儲器上的數(shù)控程序,可通過網(wǎng)絡共享到其他任何一臺華中數(shù)控系統(tǒng)上,這使得數(shù)字化仿形測量所生成的數(shù)控加工程序可共享到其他非仿型功能的數(shù)控機床上加工模具。由于計算機局域網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳送速度極快(約為10~ 100MBPs以上,而DNC接口的速度約為916kBPs) ,對于復雜模具的大容量程序的傳送速度非?？旖?、可靠。

5 結(jié)語

　　基于工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)使得管理人員可以通過網(wǎng)絡實現(xiàn)對數(shù)控系統(tǒng)的操作和管理。在很大程度上克服了數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存較小、缺少網(wǎng)絡功能、沒有大容量存儲的不足,同時,還可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控與診斷、系統(tǒng)升級等多種功能,具有廣闊的市場應用前景。作者簡介:梁志鋒,高級工程師,享受國務院特殊津貼專家,主要從事機電一體化、數(shù)控設備的研究及開發(fā)。