基于网络的数控加工系统管理平台的设计

采用智能终端设备，将数控机床的RS232接口转换成以太网接口，真正实现了机床的“网络化”。再加上DNC服务器，交换机，无线接入器，交换发射机等，在企业局域网络的基础上搭建了一个硬件平台，完善公共实训基地的数控加工系统管理。

【关键词】通讯 硬件平台

网络DNC是现代化机械加工车间的一种运行模式，主要用于实现车间制造设备的集中控制管理以及制造设备之间、制造设备与上层计算机之间的信息交换。DNC系统由硬件和软件组成：硬件一般包括控制计算机、I/O接口、通信接口中继器、转换器、CNC机床、运输系统、终端等；软件主要由系统软件、支撑软件和应用软件组成。针对公共实训基地现状作一基于网络的数控加工系统管理平台的设计。

1 DNC系统物理结构设计

1.1 典型DNC系统网络结构介绍

在DNC通讯系统里，网络结构决定了整个系统的性能。企业对DNC通讯网络的要求，主要表现在以下方面：一是稳定性，即系统硬件规模小，传输可靠稳定，故障率低；二是集中性，即以一台或几台DNC主机控制多台数控设备的集中管理，车间共享程度比较高；三是通讯距离，即DNC主机与数控设备间的通讯距离能满足整个车间布局的需要。

MAP接口和DNC接口等通信功能是CNC数控装置的选择功能之一，目前，国内大部分企业在购置数控机床时出于成本和实际需要的考虑，没有购买有CNC数控装置的、有选择功能和基本功能的数控机床。因此，国内企业现有的数控设备上仅具有RS-232C接口。利用串口通信原理设计的DNC方案有很多形式，目前国内典型的基于RS-232C串口DNC联网方式有以下几种。

1.1.1 点对点式通讯

点对点式通信方式，是DNC系统结构中最简单的一种方式，由于其通讯距离短，通讯结构所连的设备有限，所以存在通讯速率低、通讯竞争不易解决、可靠性差等问题。具体有两种方式，一是一台计算机通过接口连接多台CNC机床，实现数据采集和状态反馈，然后由计算机通过以太网接入企业网，其结构如图1（a）所示。二是通过一台计算机插入采集卡，通过采集卡连接多台CNC机床，由计算机通过以太网接入企业网，如图1（b）所示。

1.1.2 局域网式通讯

作为一种非集中控制的通信网，局域网式通讯把分散系统通过一条公用的通信介质，如双绞线、光纤电缆或同轴电缆，采用星型、环型、总线型或树型的拓扑结构联接在一起，各节点之间的距离可以相对较远。DNC系统中常见的局域网有DECnet和 Ethernet等，网络协议采用MAP（Manufacturing Automa-tic Protocol）和TCP/IP等。

1.2 协议转换联网方案

以太网TCP/IP转换器，能够实现TCP/IP协议数据与RS-232C接口间的转换，因此我们在每台数控机床里放置一台微型计算机，而这台微型计算机则称之为：智能终端。它可以将具有RS-232C通信接口的数控设备接入企业局域网，从而达到局域网中的DNC主机控制与管理多台数控设备的典型DNC功能。

图2是一种局域网型通信结构，如图2所示，也是本文所采用的通信结构。

2 DNC系统软件模块设计

软件模块的设计是依据实际运行过程的需要定的，公共实训基地是以学生实习操作和学生创新设计为主的，其中使用频繁的DNC功能有：“上传NC程序”、“下传NC程序”、“边传边加工”、“系统参数上下传”、文件管理等。

他们对通讯软件的要求主要体现在四个方面： 有远程调用功能；可同时控制多台数控设备；双向传输数据准确、稳定；运行的软件稳定而又操作方便。

2.1 开发平台及工具

选用Windows 2000 Professional作为开发平台，即软件的设计、编码、调试乃至最后系统的运行都是在该操作系统下进行，主要是基于培训基地的硬件设备情况及操作系统的优劣情况。根据对数控加工网络化操作系统软件的分析，综合比较当前流行使用的一些软件开发工具，我选用目前最常用的Visual C++6.0。

Visual C++6.0是美国微软公司推出的软件开发工具，目前己成为国内应用最广泛的高级语言之一。Visual C++把Windows统一而漂亮的界面风格、面向对象的程序设计方法和面向资源的环境结合在一起，事实上是一个功能强大而复杂的C++编译器。简单而高效的操作方式、高效的内存管理、与设备无关的图形接口、数据共享和多任务的运行机制，同时又提供了一系列功能强大的开发工具和内容丰富的开发资源，是我们的最佳选择。

同其他的软件开发工具相比教，Visual C++主要有这样四个优点：

第一是能提供面向对象的应用程序框架 MFC（Microsoft Foundation Class：微软基础类库），这样可以简化程序员的编程工作，而且使模块具有可重用性。

第二是Visual C++提供了基于CASE技术的可视化软件自动生成，以及维护工具AppWizard 、Class 、Wizard 、 VisualStudio 、Wizard Bar等，可以使开发者设计程序的用户界面时能直观、可视，对于程序源代码可以方便编写和管理、维护，提高效率。开发商的支持己成为工业标准的MFC类库，其事实上己经成为工业标准类库，成为众多开发商和软件开发工具的支持，由于众多开发商都采用Visual C++进行软件的开发，使得VisualC++开发的程序与别的应用软件有许多类似，方便学习和使用。

第三是Visual C++封装了Windows的API（应用程序接口）函数、GDI、KERNEL、USEER函数，可以帮助我们弄清许多函数的组织方法，并隐去了创建、维护窗口的许多复杂的例行工作，简化了编程。

2.2 软件结构设计

完整的DNC系统主体结构包含以下几个模块：DNC数据管理模块、数据接口和数据库、编辑/仿真功能模块、DNC通信模块，诠释如下：

第一个模块： DNC数据管理模块是用于用户权限的管理，系统的设置、文档版本的管理、流程的管理、系统的恢复或者自动备份、任务流程的处理、结构的管理、版本、检索工具、查询等的交互和机床名的映射。

第二个模块：数据集成模块是用于DNC系统和MES/PDM数据的集成。

第三个模块：编辑/仿真功能模块用于NC代码生成以及代码的反读、代码的转换、轨迹的编辑、仿真、后置的处理，还有NC代码编辑器。

第四个模块： DNC通信模块用于数控程序数据的上传/下载、NC系统参数和加工信息的采集。

由于时间的限制和实际的需求，本文关于DNC的通讯系统和数据库模块开发，是采用模块化、结构化以及自上而下的设计思路，根据软件工程规范进行框架的设计，确保软件有良好的开放性、可扩充性和可移植性。软件系统共有四个模块，其结构见图3。

3 DNC软件系统的运行界面

软件系统的运行界面如图4所示，主要功能有：文件的传输、串口机床的管理以及文档的管理。

作者单位

江苏联合职业技术学院 无锡机电分院 江苏省无锡市 214028

参考文献

[1]江翔，袁辉.Visual C++实践与提高网络编程[M].中国铁道出版社.2001.

[2]David J. Kruglinski Visual C++技术内幕[M].清华大学出版社1999.

[3]刘飞.基于软插件技术的DNC通信系统研究[J].机械工程学报1999.

[4]张旭梅.基于集成DNC技术的车间运行模式研究[J].中国机械工程，1999.

[5]刑青松.基于集成环境下的DNC系统研究与开发[C].南京：南京航空航天大学硕士学位论文，2001.