0 引言
傳統(tǒng)的 d n c 網(wǎng)絡(luò) “d i r ect n um er i cal c ont r ol ( 直接數(shù)控) ”其含義 ( i so 2806: 1980) 為: 此系統(tǒng)使一群數(shù)控機(jī)床與公用零件程序或加工程序存儲(chǔ)器發(fā)生, 一旦提出請(qǐng)求, 它立即把數(shù)據(jù)分配給有關(guān)機(jī)床。
1994 年頒布的新的 d n c 標(biāo)準(zhǔn) i so 2806 對(duì) d n c 定義為 “d i st r i but ed n um er i cal c ont r ol ( 分布式數(shù)控) ” , 其含義為: 在生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)和多個(gè)數(shù)控系統(tǒng)之間分配數(shù)據(jù)的分級(jí)系統(tǒng)。
傳統(tǒng)意義上的 d n c 軟件僅實(shí)現(xiàn)程序的傳輸和管理。而新一代的 d n c 軟件增加了生產(chǎn)類數(shù)據(jù)交換和工況數(shù)據(jù)的采集功能, 使 d n c 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展成為車間數(shù)據(jù)交換平臺(tái)。
近年來隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展, 將生產(chǎn)車間分散的數(shù)控機(jī)床與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成分布式數(shù)控系統(tǒng) d n c ,已成為現(xiàn)代企業(yè)繼 c i m s 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)集成后進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)之一。
*的加工方法, 落后的管理手段極大地影響了數(shù)控機(jī)床效率的發(fā)揮。d n c 的實(shí)施能明顯改善車間的生產(chǎn)組織與管理,提高數(shù)控機(jī)床利用率。它側(cè)重于信息流的集成, 具有投資小、 見效快、 可進(jìn)行人機(jī)交互并具有較好柔性的特點(diǎn), 已被看作是現(xiàn)代生產(chǎn)車間自動(dòng)化的一種簡(jiǎn)易、 切實(shí)可行的重要方式, 特別適合在我國(guó)企業(yè)推廣使用。
1 基于 d n c 聯(lián)網(wǎng)的生產(chǎn)車間信息集成總體方案
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展, 車間局域網(wǎng)的建立已非?，F(xiàn)實(shí)可行?；?c i m s 的生產(chǎn)車間網(wǎng)絡(luò)配置如圖 1 所示。
圖中 d n c 主機(jī)的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)與數(shù)控機(jī)床的通訊控制, 通訊管理以及數(shù)控機(jī)床的狀態(tài)信息采集。產(chǎn)品設(shè)計(jì)、 工藝設(shè)計(jì)、 n c 程序生成、 生產(chǎn)調(diào)度和其他信息的管理則由 c i m s 計(jì)算機(jī)和車間服務(wù)器完成。從地域看這些工作集中在車間的技術(shù)辦公室進(jìn)行。所有工作站和數(shù)據(jù)庫(kù)都掛在車間局域網(wǎng)上, 可方便地通過網(wǎng)絡(luò)交換各種制造信息。
總之, 集成系統(tǒng)貫串產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的全過程, 較好地連接了散布于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)應(yīng)用的“自動(dòng)化孤島” , 在計(jì)算機(jī)中形成一個(gè)統(tǒng)一的協(xié)調(diào)的信息流, 加速了設(shè)計(jì)到制造的進(jìn)程。
d n c 系統(tǒng)具有以下功能:
系統(tǒng)與用戶管理、 d n c 資源與配置管理、 n c 程序編輯和比較、 n c 程序管理、 n c 程序傳輸( n c 程序雙向交互式傳輸、n c 程序自動(dòng)遠(yuǎn)程調(diào)用) 、 機(jī)床工況信息采集、 外部系統(tǒng) ( 如: 生產(chǎn)調(diào)度和管理、 刀具準(zhǔn)備與管理、 工具工裝集約管理、 零件毛坯管理等等) 關(guān)聯(lián)接口。
⑴ 系統(tǒng)與用戶管理
系統(tǒng)與用戶管理是 d n c 系統(tǒng)所必需的。它定義用戶權(quán)限,包括權(quán)限的添加、 修改、 刪除與查詢。此外, 還有系統(tǒng)登錄、 數(shù)據(jù)流向的日志管理、 數(shù)據(jù)庫(kù)斷開以后的重新連接、 用戶的重新登錄等功能。
⑵ d n c 資源與配置管理
包括對(duì)車間 d n c 系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備資源信息的管理, 并對(duì) d n c單元內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置, 以便適應(yīng) d n c 單元內(nèi)數(shù)控設(shè)備的增減與調(diào)整的需要。
⑶ n c 程序編輯和比較
n c 程序編輯主要實(shí)現(xiàn)對(duì) n c 程序的輸入、 編輯、 修改、 查看等功能, 以便工藝人員能對(duì)自動(dòng)編程生成的 n c 程序進(jìn)行局部修改或臨時(shí)用手工編制簡(jiǎn)單 n c 程序。
n c 程序比較是指?jìng)鬏斍昂蠡虿煌姹?n c 程序的比較,目的是防止 n c 程序的錯(cuò)誤使用, 并提供不同版本 n c 程序的差異以備查看。
⑷ n c 程序管理
主要包括 n c 程序庫(kù)的維護(hù)、 n c 程序的版本管理、 n c 程序與機(jī)床參數(shù)文件的管理、 n c 程序與機(jī)床參數(shù)文件入庫(kù)管理、n c 程序與機(jī)床參數(shù)文件出庫(kù)管理、入出庫(kù)操作日志管理、 n c程序的查詢與打印等。
⑸ n c 程序的傳輸
① n c 程序雙向交互式傳輸。
n c 程序雙向交互式傳輸是指利用 r s-232c 接口實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備與 d n c 計(jì)算機(jī)之間的連接, 在數(shù)控機(jī)床端操作人員和d n c 計(jì)算機(jī)端操作人員的相互協(xié)調(diào)下, 實(shí)現(xiàn) n c 程序或機(jī)床參數(shù)文件的上傳與下載。下載的 n c 程序可以來自于 n c 程序服務(wù)器, 也可以來自于 d n c 計(jì)算機(jī)以普通文件形式存放的 n c程序。
這種方式要求數(shù)控機(jī)床端和 d n c 計(jì)算機(jī)端都有人值守,因此, 通常用于數(shù)控機(jī)床與 n c 程序服務(wù)器之間距離比較近的場(chǎng)合。這種方法是一種笨拙的方法,一般不采用。
② n c 程序自動(dòng)遠(yuǎn)程調(diào)用。
n c 程序遠(yuǎn)程調(diào)用是指用戶在數(shù)控機(jī)床端通過向遠(yuǎn)程的n c 程序服務(wù)器發(fā)送指令調(diào)用 n c 程序服務(wù)器中所需的 n c 加工程序、 刀具參數(shù)等?？稍跈C(jī)床側(cè)查詢傳輸履歷, 以便了解傳輸是否正確。
這種方法不要求 n c 程序服務(wù)器端有人值守, 因此, 可用于數(shù)控機(jī)床與 n c 程序服務(wù)器之間距離比較遠(yuǎn)的場(chǎng)合。
⑹ 日志記錄和查詢
提供對(duì)用戶登錄、 數(shù)據(jù)流向、 程序操作的自動(dòng)紀(jì)錄和查詢功能。
⑺ 機(jī)床工況信息實(shí)時(shí)采集
機(jī)床工況信息采集是指利用數(shù)控系統(tǒng)本身提供的信息獲取功能、 o pc 技術(shù)、設(shè)備電氣信號(hào)檢測(cè)技術(shù)等對(duì)數(shù)控設(shè)備的啟動(dòng)、 運(yùn)轉(zhuǎn)、 停止等狀態(tài)信息及其他相關(guān)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與反饋, 地采集滿足生產(chǎn)管理所需的工況數(shù)據(jù), 使管理人員能及時(shí)了解車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的加工情況與設(shè)備狀態(tài)。采集數(shù)控機(jī)床工況信息, 用于實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控。
數(shù)控機(jī)床運(yùn)行、 加工狀況信息上傳到辦公室, 達(dá)到人不在現(xiàn)場(chǎng), 就能了解機(jī)床的詳細(xì)加工情況的效果。
數(shù)控機(jī)床的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)信息很多, 以下是設(shè)想其中需采集的信息。
① 機(jī)床零件加工狀況:已加工完的零件、 正在加工的零件。
② 機(jī)床狀態(tài): 機(jī)床開啟、 機(jī)床關(guān)機(jī)、 機(jī)床空閑、 機(jī)床運(yùn)行故障、 機(jī)床加工故障、 機(jī)床正在運(yùn)行。
③ 機(jī)床加工參數(shù): 當(dāng)前加工程序名 ( 零件名稱) 、 加工開始、 空閑、 結(jié)束時(shí)間、 零件實(shí)時(shí)加工時(shí)間 ( n c 程序估計(jì)的運(yùn)行時(shí)間( % ) ) 、 實(shí)際的進(jìn)給速度 ( 進(jìn)給量、 主軸轉(zhuǎn)速) 、 動(dòng)態(tài)刀具軌跡。
④ n c 程序數(shù)據(jù): 參數(shù)、 刀具號(hào)、 刀具偏置量、 用戶宏變量、工作原點(diǎn)偏移、 設(shè)定值、 p 代碼宏變量、 螺補(bǔ)數(shù)據(jù)、 n c 程序進(jìn)給速度 ( 進(jìn)給量、 主軸轉(zhuǎn)速) 。
⑤ 與控制軸和主軸相關(guān)的 n c d a ta : 相對(duì)位置、 位置、 機(jī)械位置、 剩余移動(dòng)量、 實(shí)際進(jìn)給速度。
⑥ 其它: 伺服和主軸相關(guān)數(shù)據(jù)、 波形診斷數(shù)據(jù)、 模態(tài)數(shù)據(jù)、診斷數(shù)據(jù)、 a / d 轉(zhuǎn)換參數(shù)、 報(bào)警信息、 系統(tǒng)識(shí)別信息。
⑦ 通信狀態(tài): 正在上傳、 正在下傳、 空閑、 故障、 未聯(lián)機(jī)。
⑻ 外部系統(tǒng)關(guān)聯(lián)接口
外部系統(tǒng)關(guān)聯(lián)接口是指d n c 系統(tǒng)與c a d / c a pp/ c a m / pd m 、er p 等外部系統(tǒng)的接口。包括把由 c a m 、 c a pp 系統(tǒng)產(chǎn)生的n c 程序?qū)氲?n c 程序管理系統(tǒng)、 把 d n c 系統(tǒng)產(chǎn)生的有關(guān)數(shù)據(jù)輸出到外部系統(tǒng)等。與本文所述 d n c 系統(tǒng)有直接關(guān)聯(lián)的外部系統(tǒng)有:
① 刀具準(zhǔn)備與管理系統(tǒng)。
提供庫(kù)存刀具信息的即時(shí)查詢, 使編程人員在編程過程中能夠及時(shí)獲得刀具的庫(kù)存情況, 根據(jù)現(xiàn)有條件設(shè)計(jì)工藝路線;對(duì)必須但不具備的條件及時(shí)反饋并提出采購(gòu)建議。
刀具管理人員可根據(jù)由 n c 程序一同生成的刀具清單和刀具數(shù)據(jù) ( 俗稱: 刀調(diào)卡) , 配置好所需的刀具, 并行完成生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。
對(duì)刀具管理系統(tǒng)的具體要求如下:
刀具庫(kù)存情況 ( 刀具入庫(kù)、 出庫(kù)、 報(bào)損、 修磨、 查詢、 統(tǒng)計(jì)、 訂貨、 ) 。
刀具基本信息 ( 刀具幾何信息、 位置信息、 組合方式、 加工工藝等) 。
開發(fā)與 c a pp 的接口, 自動(dòng)獲得刀具需求信息。
接收來自 n c 編程人員產(chǎn)生的刀具準(zhǔn)備任務(wù)單 ( 刀調(diào)卡) ,自動(dòng)生成領(lǐng)用清單。
根據(jù)刀具庫(kù)存和使用情況, 自動(dòng)產(chǎn)生刀具采購(gòu)任務(wù)單。
② 生產(chǎn)調(diào)度和管理系統(tǒng)。
一個(gè)零部件 ( 如: 轉(zhuǎn)子、 汽缸等) 的加工有時(shí)需要多臺(tái)機(jī)床聯(lián)合加工才能終完成。為提高數(shù)控機(jī)床的使用率, 完備合理的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)是*的。
生產(chǎn)調(diào)度和管理系統(tǒng)的正常運(yùn)行, 需要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)的下發(fā)、 設(shè)備狀態(tài)、 任務(wù)完工 ( 借助機(jī)床工況信息實(shí)時(shí)采集) 等生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集, 為車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供反饋。它由具有權(quán)限的管理者安排作業(yè)所需要的數(shù)控程序到機(jī)床的程序傳輸準(zhǔn)備區(qū)。從機(jī)床側(cè)只能獲得必要的加工程序信息, 而不能隨意地獲取數(shù)據(jù)庫(kù)中的程序, 因此減少了程序的漏洞。
調(diào)度人員可以對(duì)加工任務(wù)隊(duì)列作任務(wù)啟動(dòng)、 暫停和順序調(diào)整等作業(yè)安排。
③ 其它關(guān)統(tǒng)。
d n c 系統(tǒng)要順利運(yùn)行, 需要來自多方面的配合, 如工具工裝集約管理、 零件毛坯管理等等, 它關(guān)系到整個(gè) c i m s 系統(tǒng)的完整性。
2 聯(lián)網(wǎng)方案
現(xiàn)有串口機(jī)床基本上都是老式、 落后的機(jī)床, 網(wǎng)口機(jī)床則是近兩年引進(jìn)的新式機(jī)床。
對(duì)串口機(jī)床可采用串口 /以太網(wǎng)服務(wù)器將具有r s232/ 422/ 485接口的數(shù)控設(shè)備直接聯(lián)接到車間局域網(wǎng)上。也可以采用直接工業(yè)總線 ( 如: pr of i b u s) 控制, 然后經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)換的方法接到車間局域網(wǎng)上。這兩種方法各有利弊。
采用支持 tc p/ i p 標(biāo)準(zhǔn)具有 et her net網(wǎng)絡(luò)接口功能的數(shù)控設(shè)備。
3 生產(chǎn)車間 d n c 通訊特點(diǎn)
d n c 通訊系統(tǒng)分為上、 下兩層, 上層為 d n c 主機(jī)與上層控制計(jì)算機(jī)通訊, 屬計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)間通訊, 而下層為 d n c 與數(shù)控系統(tǒng)通訊。相比而言, 下層要復(fù)雜得多, 主要表現(xiàn)在:⑴ 通訊接口繁雜, 通訊功能不一。
由于歷史原因生產(chǎn)車間往往同時(shí)擁有多種數(shù)控系統(tǒng), 因生產(chǎn)年代和生產(chǎn)國(guó)家、 廠家不同, 存在著多種檔次和型號(hào), 造成了通訊接口繁雜。
常見的通訊接口有: ①標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)通訊接口, 如r s-232c、 r s422、 r s485 等, 其代表數(shù)控系統(tǒng)有 si em ens802d 、si em ens802s、 si em ens810m 和 si em ens810t 等。②通訊功能強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)接口常見的數(shù)控系統(tǒng)有, si em ens810d 和si em ens840d等。要實(shí)現(xiàn) d n c 集成必須根據(jù)用戶對(duì)通訊功能的要求, 解決d n c 主機(jī)與這些通訊接口的轉(zhuǎn)換問題。不同數(shù)控系統(tǒng)可能具有 不 同 的 通 訊 協(xié) 議 。 目 前 , 數(shù) 控 系 統(tǒng) 通 訊 協(xié) 議 主 要 有x o n / x o ff 協(xié)議和 r ts/ c ts 協(xié)議及 tc p/ i p 協(xié)議。必須針對(duì)不同的數(shù)控系統(tǒng)和通訊協(xié)議編制不同的通訊軟件。
⑵ 數(shù)控機(jī)床布局分散, 聯(lián)網(wǎng)時(shí)必須解決長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸問題, 同時(shí)加工車間動(dòng)力設(shè)備比較多, 產(chǎn)生的干擾比較強(qiáng), 而且頻帶也比較寬, 因而通訊系統(tǒng)應(yīng)具有很強(qiáng)的抗*力。
⑶ 當(dāng)機(jī)床與*機(jī)房比較遠(yuǎn)時(shí), 由于機(jī)床操作人員與機(jī)房管理人員不方便, 還需考慮在遠(yuǎn)地加工區(qū)設(shè)置必要的
d n c 數(shù)據(jù)終端或智能接口。
⑷ 對(duì)于復(fù)雜零件加工, 當(dāng) n c 程序較大時(shí), 不能一次送入機(jī)床, 這時(shí)必須滿足邊加工邊傳遞 n c 程序的實(shí)時(shí)性要求。
⑸ 不同單位對(duì) d n c 功能需求差異較大。d n c 功能按需求可分為下傳 n c 程序、 雙向傳輸 n c 程序, 以及不但能雙向傳輸 n c 程序還具有系統(tǒng)狀態(tài)采集和遠(yuǎn)程控制等三類。而異構(gòu)數(shù)控的 d n c 集成中, 用戶可能根據(jù)機(jī)床接口及可擴(kuò)展情況希望幾種類型并存, 以充分發(fā)揮機(jī)床潛力。
4 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
h tc -d n c 系統(tǒng)是一個(gè)面向車間的網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng), 采用客戶 /服務(wù)器 ( c / s) 體系結(jié)構(gòu)。當(dāng)然, 采用瀏覽器 /服務(wù)器 ( b / s)結(jié)構(gòu)在實(shí)際運(yùn)用中更為方便。
服務(wù)器端配置數(shù)據(jù)庫(kù)、 n c 程序庫(kù)和 n c 程序遠(yuǎn)程調(diào)用服務(wù)模塊, 客戶機(jī)可根據(jù)需要配置其它各個(gè)應(yīng)用功能模塊。數(shù)控機(jī)床作為一種特殊的客戶端, 軟件需要直接與服務(wù)器通信, 調(diào)用服務(wù)器 n c 程序庫(kù)中的 n c 程序。 在特殊情況下, 客戶機(jī)也可直接與 n c 機(jī)床進(jìn)行通信與傳輸 n c 程序。h tc -d n c 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。
雖然客戶機(jī)與服務(wù)器在邏輯上分成二部分, 但在必要時(shí)可以合并在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上。 這樣, 可以少占用計(jì)算機(jī)資源。 但一般情況下, 為了系統(tǒng)的安全性和可靠性, 客戶機(jī)與服務(wù)器應(yīng)配置在不同的計(jì)算機(jī)上。
本文由 伯特利數(shù)控文章 整理發(fā)表，文章來自網(wǎng)絡(luò)僅參考學(xué)習(xí)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任。
加工中心專業(yè)制造