兩種數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)DNC結(jié)構(gòu)比較
一、概述
隨著數(shù)控技術(shù)使用的不斷深入,計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展,人們?cè)絹?lái)越多地使用這些高新技術(shù)來(lái)提高自己的生產(chǎn)效率,采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)管理數(shù)控機(jī)床也就成為必然。數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)DNC技術(shù)在我國(guó)經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展,也經(jīng)歷了從紙帶到單機(jī),再到簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò),最后發(fā)展成為高級(jí)網(wǎng)絡(luò)的艱苦歷程。紙帶方式已經(jīng)基本完全拋棄;在機(jī)床數(shù)量較少時(shí),有些用戶(hù)還在使用單機(jī)通訊模式;當(dāng)機(jī)床數(shù)量發(fā)展到一定數(shù)量時(shí),機(jī)床用戶(hù)一般都采用了網(wǎng)絡(luò)DNC的方式,但是,通過(guò)大量的調(diào)查,我們發(fā)現(xiàn),我國(guó)數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)DNC目前主要存在著兩種結(jié)構(gòu),一種是采用單臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)應(yīng)單臺(tái)機(jī)床的方式,這些計(jì)算機(jī)再通過(guò)局域網(wǎng)聯(lián)結(jié),其結(jié)構(gòu)如圖1所示;另一種是采用單臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)應(yīng)多臺(tái)機(jī)床的方式,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。(這里主要討論RS232模式的網(wǎng)絡(luò)通訊,不考慮機(jī)床以太網(wǎng)絡(luò)和總線(xiàn)方式的通訊)。雖然這兩種模式在技術(shù)層面上相差懸殊,但據(jù)我們所知,采用單對(duì)單模式的用戶(hù)還是相當(dāng)多的,“存在就是合理的”,為此,我們還是在下面就這兩種結(jié)構(gòu)的DNC作一詳細(xì)的比較分析說(shuō)明,以供廣大機(jī)床用戶(hù)參考。
二、單機(jī)對(duì)單機(jī)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)缺點(diǎn)說(shuō)明
單機(jī)對(duì)單機(jī)模式是早期數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)DNC(主要是在九十年代初)的普遍采用的方式,基本相當(dāng)于單機(jī)通訊模式,只是在單機(jī)通訊的基礎(chǔ)上將計(jì)算機(jī)進(jìn)行了聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),特別是串口通訊技術(shù)不是很發(fā)達(dá),在軟件和硬件等方面都無(wú)法解決單臺(tái)PC滿(mǎn)足多臺(tái)機(jī)床同時(shí)進(jìn)行DNC加工的要求,采用單臺(tái)PC控制單臺(tái)機(jī)床就是很自然的設(shè)想。其優(yōu)缺點(diǎn)如下:
優(yōu)點(diǎn):
(1)單獨(dú)控制,互不干擾:?jiǎn)闻_(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障不會(huì)影響其它機(jī)器的運(yùn)行,而且由于PC資源有冗余,可以暫時(shí)用其它機(jī)床的PC替換出現(xiàn)故障的PC,顯然此模式有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
(2)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單:只是簡(jiǎn)單的局域網(wǎng)絡(luò),有利于系統(tǒng)的維護(hù)。
(3)軟件要求簡(jiǎn)單:對(duì)于功能要求比較簡(jiǎn)單的用戶(hù)來(lái)說(shuō)只需簡(jiǎn)單的單機(jī)版通訊程序即可,無(wú)需復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)版通訊程序。采用這種模式的很多用戶(hù)使用V24,PC-IN,PCOMM,或其它單機(jī)版軟件。
(4)系統(tǒng)建設(shè)成本低:由于每臺(tái)機(jī)床只需配一臺(tái)計(jì)算機(jī),軟件基本可以免費(fèi),水平相對(duì)高一些的廠(chǎng)家還可以自行網(wǎng)絡(luò)布線(xiàn)施工、系統(tǒng)安裝,故費(fèi)用較低。
缺點(diǎn):
(1)計(jì)算機(jī)布置比較分散,不易管理。特別是在當(dāng)今計(jì)算機(jī)病毒比較泛濫的時(shí)代,一時(shí)管理的疏忽都可能造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。還有些管理不善的車(chē)間中出現(xiàn)操作工人利用計(jì)算機(jī)玩游戲的現(xiàn)象。有些廠(chǎng)家為了解決這一問(wèn)題,往往采用將計(jì)算機(jī)軟驅(qū)、光驅(qū)都去掉的做法,雖然能抑制病毒的發(fā)生,但畢竟是一種削足適履的做法。
(2)普通計(jì)算機(jī)長(zhǎng)期處在加工工作環(huán)境中會(huì)造成其使用壽命的降低,特別是在加工環(huán)境中,粉塵較多,電壓波動(dòng)較大,電子干擾較強(qiáng),計(jì)算機(jī)的外設(shè),如軟驅(qū)、光驅(qū)、鼠標(biāo)等設(shè)備的使用又非常頻繁,更加速了這些外設(shè)的損壞。如果換成工控機(jī)的話(huà)雖可以減少這些方面的影響,但又會(huì)使系統(tǒng)成本大幅度提高。
(3)系統(tǒng)升級(jí)維護(hù)困難:一般來(lái)說(shuō),PC機(jī)的使用壽命在3-5年左右,一旦到了PC機(jī)更新?lián)Q代的年限,車(chē)間內(nèi)的所有PC機(jī)都要更換,這就相當(dāng)于DNC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)重建,代價(jià)是相當(dāng)昂貴的。
(4)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)放置計(jì)算機(jī)數(shù)量太多,占用了大量的寶貴車(chē)間面積,給車(chē)間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的安排布置帶來(lái)麻煩。
(5)有些用戶(hù)為了省錢(qián),兩臺(tái)或多臺(tái)機(jī)床共用一臺(tái)計(jì)算機(jī),這就等于完全退回到單機(jī)通訊狀態(tài),串口需要經(jīng)常插拔,增加了串口損壞的可能性,也不利于多臺(tái)機(jī)床的同時(shí)服務(wù)需求。
(6)單機(jī)版軟件兼容性差:由于是采用的免費(fèi)的單機(jī)版軟件,各種CNC系統(tǒng)間并不完全兼容,各種CNC系統(tǒng)采用不同的通訊軟件,給車(chē)間操作者帶來(lái)很多麻煩。
(7)單機(jī)版軟件功能太簡(jiǎn)單,不利于系統(tǒng)擴(kuò)充:大多數(shù)用戶(hù)所使用的單機(jī)版軟件都是象V24之類(lèi)的免費(fèi)軟件,功能非常簡(jiǎn)單,只能滿(mǎn)足程序通訊的需求,還需要PC端和CNC端兩頭呼應(yīng),雖然一般在此結(jié)構(gòu)模式下PC和CNC相距很近,但總歸不是很方便,還有很多的功能是無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的單機(jī)通訊軟件所能完成的(這些功能將在下面章節(jié)中詳細(xì)說(shuō)明)。
(8)程序管理為開(kāi)放式的,無(wú)法進(jìn)行規(guī)范化的管理,也不利于技術(shù)保密。
(9)系統(tǒng)的集成度太低:各單臺(tái)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)單臺(tái)CNC的程序管理,PC之間最多只能通過(guò)局域網(wǎng)絡(luò)來(lái)共享文件,還有大量的軟、硬件資源無(wú)法達(dá)到共享,實(shí)際上就是資源的浪費(fèi)。
三、多機(jī)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)缺點(diǎn)說(shuō)明
隨著串口通訊技術(shù)不斷發(fā)展,九十年代中期,市場(chǎng)上開(kāi)始出現(xiàn)了穩(wěn)定可靠的多路串口通訊設(shè)備出售,再加上計(jì)算機(jī)的CPU速度大幅度提高,WINDOWS95在多線(xiàn)程方面的完善支持,在軟硬件方面已經(jīng)可以完善地解決單臺(tái)PC滿(mǎn)足多臺(tái)機(jī)床同時(shí)進(jìn)行DNC加工的要求,于是數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就發(fā)展了由單臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)控制多臺(tái)機(jī)床的通訊模式,并且以此為基點(diǎn),各DNC開(kāi)發(fā)商開(kāi)發(fā)了很多其它更加完善的DNC功能。其優(yōu)缺點(diǎn)如下:
優(yōu)點(diǎn):
(1)系統(tǒng)高度集成化管理:由單臺(tái)PC就完全替代了以前的數(shù)十臺(tái)PC的工作,既免去了管理車(chē)間眾多計(jì)算機(jī)之苦,又省去了車(chē)間放置眾多計(jì)算機(jī)所帶來(lái)的麻煩,還使所使用的軟硬件資源得到最大程度的共享。
(2)PC運(yùn)行環(huán)境良好:由于采用了客戶(hù)/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)模式,將作為服務(wù)器的唯一主PC機(jī)可以放在環(huán)境相對(duì)良好的辦公室中,避免了PC機(jī)在車(chē)間加工環(huán)境中的惡劣考驗(yàn),保護(hù)了企業(yè)核心信息資源,延長(zhǎng)了機(jī)器的使用壽命,增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。
(3)軟件兼容性高:由于是采用了一套網(wǎng)絡(luò)版DNC系統(tǒng),它能適應(yīng)多種系統(tǒng)的通訊需求,車(chē)間操作工人只要能操作機(jī)床的通訊過(guò)程即可,不需要熟悉各種系統(tǒng)的特殊約定,操作簡(jiǎn)單扼要。
(4)可以對(duì)加工文件,如NC程序、機(jī)床參數(shù)、刀補(bǔ)參數(shù)等進(jìn)行規(guī)范化的流程化管理,提高企業(yè)管理水平。
(5)網(wǎng)絡(luò)版軟件功能強(qiáng)大:既然是網(wǎng)絡(luò)版,它就具備除單機(jī)版通訊程序的基本功能外,還能滿(mǎn)足車(chē)間多臺(tái)機(jī)床的各種方式下的多種通訊需求,同時(shí)還能適應(yīng)車(chē)間生產(chǎn)的不斷發(fā)展變化?,F(xiàn)簡(jiǎn)單地將網(wǎng)絡(luò)版DNC軟件的功能列舉如下:
NC程序的雙向傳輸:所有數(shù)控設(shè)備實(shí)施聯(lián)網(wǎng)集中管理,利用網(wǎng)絡(luò)可進(jìn)行多臺(tái)機(jī)床同時(shí)NC程序的雙向傳輸和DNC加工,從而實(shí)現(xiàn)NC程序的海量存儲(chǔ)、集成化管理。
客戶(hù)/服務(wù)器結(jié)構(gòu):將每臺(tái)數(shù)控機(jī)床定義為客戶(hù)端設(shè)備,利用數(shù)控系統(tǒng)自身的RS-232接口和通訊功能(對(duì)數(shù)控系統(tǒng)無(wú)任何改動(dòng)),操作工可在數(shù)控機(jī)床端進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳輸以及訪(fǎng)問(wèn)管理服務(wù)器端數(shù)據(jù)的全部操作,服務(wù)器端對(duì)數(shù)控端的操作請(qǐng)求自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)處理而無(wú)需人為干預(yù)。
數(shù)量與距離:每臺(tái)計(jì)算機(jī)最多能管理256臺(tái)數(shù)控機(jī)床,通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)到2公里。
通訊協(xié)議:系統(tǒng)支持多種通訊方式(RS232/422/485、TCP/IP),適應(yīng)各種機(jī)床的通訊要求。
程序的格式化處理:具有針對(duì)不同機(jī)床控制系統(tǒng)對(duì)加工程序進(jìn)行處理的能力,即在傳輸中,可對(duì)程序頭、特殊控制字符等進(jìn)行替換、增加、刪減。
交互式事件響應(yīng)機(jī)制:數(shù)控端的每一項(xiàng)操作都會(huì)有反饋消息,即無(wú)論操作是否正確,操作工在數(shù)控設(shè)備端都能夠得到提示信息。
數(shù)據(jù)共享:操作工可在本地?cái)?shù)控設(shè)備訪(fǎng)問(wèn)其它數(shù)控設(shè)備,方便零件的轉(zhuǎn)移加工。當(dāng)某臺(tái)數(shù)控機(jī)床需要其它類(lèi)型相同的數(shù)控機(jī)床上的NC程序時(shí),通過(guò)修改上傳文件中對(duì)數(shù)控機(jī)床的編號(hào)即可實(shí)現(xiàn),同樣,當(dāng)工藝人員編好加工程序后,只需將程序文件放到指定機(jī)床目錄或虛擬機(jī)床目錄,工人在加工時(shí)即可到指定目錄下載。
查詢(xún)與下載:在NC程序中按規(guī)定書(shū)寫(xiě)注釋字符,則此NC程序從數(shù)控機(jī)床端上傳到服務(wù)器時(shí),計(jì)算機(jī)將自動(dòng)將此文件按注釋符的內(nèi)容進(jìn)行處理。
DNC在線(xiàn)加工:全客戶(hù)端模式的DNC在線(xiàn)加工,使DNC加工的啟動(dòng)、進(jìn)入、退出、中斷、斷點(diǎn)續(xù)傳等功能全部在數(shù)控機(jī)床端實(shí)現(xiàn),而外部子程序調(diào)用、行號(hào)重置、斷點(diǎn)智能連接等全部融入到系統(tǒng)當(dāng)中,無(wú)需人工干預(yù)。
信息采集:通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)I/O變量輸出功能(對(duì)沒(méi)有I/O變量輸出功能的數(shù)控系統(tǒng),通過(guò)報(bào)表輸出方式)實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工信息的實(shí)時(shí)采集。
網(wǎng)絡(luò)平臺(tái):通過(guò)DNC網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)刀具參數(shù)信息、設(shè)備故障信息、工藝信息、生產(chǎn)任務(wù)信息加工的網(wǎng)絡(luò)化管理。
上面所列舉的功能是單機(jī)版DNC軟件所沒(méi)有的。
缺點(diǎn):
(1)集成度太高:集成化管理也是一柄雙面刃,一方面集成化管理確實(shí)能給我們帶來(lái)效益,是我們的追求目標(biāo),但過(guò)度的集成則可能給系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性帶來(lái)隱患,一旦PC服務(wù)器主機(jī)癱瘓,則整個(gè)機(jī)床網(wǎng)絡(luò)DNC也就癱瘓,從而給車(chē)間生產(chǎn)帶來(lái)不可估量的損失。這也正如“將雞蛋放在一個(gè)籃子中保險(xiǎn)還是放在多個(gè)籃子中保險(xiǎn)”的原理一樣。為了彌補(bǔ)這種單服務(wù)器可能有的隱患,我們又設(shè)計(jì)了一種網(wǎng)絡(luò)冗余主/從機(jī)自動(dòng)切換模式,在一般情況下主機(jī)主管多臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)DNC,從機(jī)監(jiān)視主機(jī)狀態(tài),一旦主機(jī)發(fā)生意外而癱瘓,從機(jī)自動(dòng)接管多臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)DNC,不影響車(chē)間加工生產(chǎn),當(dāng)主機(jī)恢復(fù)正常工作后,從機(jī)又自動(dòng)交回DNC控制權(quán)。
(2)系統(tǒng)造價(jià)較高:雖然在硬件的投入方面減少了,但這種模式下主要投資在軟件上,一般聯(lián)一臺(tái)機(jī)床在5000-10000元左右,稍高于一臺(tái)普通PC機(jī)的價(jià)格。但從系統(tǒng)的性?xún)r(jià)比來(lái)看,采用此模式有是很劃算的,并且此模式下系統(tǒng)升級(jí)維護(hù)費(fèi)用并不高,最多就是換掉一臺(tái)PC主機(jī),還有就是軟件升級(jí)費(fèi)用,目前大多數(shù)DNC供應(yīng)對(duì)于軟件升級(jí)的費(fèi)用是比較優(yōu)惠的,細(xì)小的維護(hù)基本免費(fèi),除非有重大模式的修改可能會(huì)考慮一些費(fèi)用,但其額度也是有限的。
四、總結(jié)說(shuō)明
綜上所述,相對(duì)于單機(jī)對(duì)單機(jī)模式來(lái)說(shuō),單機(jī)對(duì)多機(jī)DNC模式除了在系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性上稍有疑問(wèn)外,其它各方面都表現(xiàn)良好。我們認(rèn)為,在目前技術(shù)條件下,采用單臺(tái)PC管理多臺(tái)機(jī)床DNC是數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)DNC的最佳模式。事實(shí)上,目前新建數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)DNC的用戶(hù)基本都不會(huì)再考慮采用單對(duì)單模式,而很多以前采用單對(duì)單模式的用戶(hù)都強(qiáng)烈要求采用單對(duì)多模式來(lái)改造他們的機(jī)床網(wǎng)絡(luò)DNC。當(dāng)然,也還有很多已經(jīng)采用單對(duì)單模式的用戶(hù)還在繼續(xù)使用著固有模式,在下以為這主要由于資金和項(xiàng)目?jī)煞矫娴脑颍?dāng)這些用戶(hù)有了進(jìn)一步的高級(jí)需求和合適的項(xiàng)目時(shí),采用單對(duì)多模式來(lái)改造他們的機(jī)床網(wǎng)絡(luò)DNC將是這些用戶(hù)的必然選擇。正是:江山代有人才出,總將新桃換舊符!
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