基于现场总线的网络数控技术

胡战军

摘要：随着计算机技术、网络技术和数控技术的飞速发展，生产过程的底层数控系统仍然采用一对一连接，并利用电压、电流的模拟信号进行测量和控制。难以实现设备与设备之间以及系统与外界之间的信息交换。要实现整个企业的信息集成和综合自动化,就必须设计出一种能在工业现场环境运行的、性能可靠的、造价低廉的通信系统,形成现场的底层网络,完成现场自动化设备之间的多点数字通信,实现底层CN C系统之间以及生产现场与外界之间的信息交换。

关键词：数控网络；CAM/CAM；网络技术

网络目前已逐步成为现代信息技术的主流,把网络技术应用引入数控加工,将对生产管理、提高数控机床的生产率、实现远程监控与诊断、进行远程培训和技术支持等均有重要的意义。网络技术是制造业中实现高度自动化设计及加工的有效手段之一。

1 现场总线的技术特点

根据国际电工委员会IEC标准和现场总线基金会F F的定义:现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线的技术特点表现在六个方面:现场通信网络、现场设备互联、互操作性、功能块分散性、系统的开放性和通信线供电。

（1）现场通信网络。现场总线是用于制造自动化和过程自动化的现场设备互联的现场通信网络,通信线一直延伸到生产现场或生产设备,是制造自动化的最底层。

（2）现场设备互联。传感器、变送器、执行器、智能仪表和CN C机床等现场设备,通过一对传输线互联。传输线可以使用双绞线、同轴电缆、光纤和电源线等。

（3）互操作性。是指互连设备间、系统间的信息传送与沟通,可实行点对点和一点对多点的数字通信。现场设备种类繁多,没有哪一家制造商可以提供一个工厂所需要的全部现场设备,不同品牌现场设备互相连接、互相操作,构成所需要的控制回路,实现“即接即用”。

（4）功能块分散性现场总线已构成一种新的全分布式控制系统的体系结构,现场设备本身具有自动控制的基本功能。功能块分散在各台现场设备中,并可统一组态,供用户灵活选用各功能块,构成所需控制系统,实现彻底的分散控制。

（5）系统的开放式性现场总线是开放式互联网络,既可与同层网络互联,也可与不同层网络互联,还可以实现网络数据库共享。用户可把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统,不必在硬件或软件上花多大力气。

2 网络数控加工技术的作用

（1）数控系统的本质是数控系统的开发可以在统一的运行平台上,面向机床厂家和最终用户,形成系列化,并可将用户的特殊应用集成到控制系统中,实现不同品种、不同档次网络数控系统。同时可以与其他应用系统相互操作,并提供与用户交互的统一风格,即所谓互操作性、可移植性、可伸缩性和可互换性。

（2）随着各种计算机辅助设计/制造(CAD/CAM)系统的完善与发展,CAD/CAM系统越来越快地进入实际加工系统,并需要方便快捷地与数控系统进行大容量信息的通信与交换。这些辅助系统生成的复杂零件加工G代码,采用常规的软盘存储传递已经无法满足要求,如果实现网络化操作,加工信息可传递并存储在本地硬盘中,然后由数控加工系统读取硬盘中的该G代码进行零件加工;同样,数控系统也可以直接通过网络读取远程数据存储媒介中的大型程序,这将大大提高数控系统对大容量数控程序的控制能力,特别是对于那种老的内存和硬盘空间有限的数控系统,具有重大的实用价值。通过远程监控,还可分别运行数控机床的各个单元部件或让机床控制运行。

（3）就是在企业生产管理上,网络生产管理系统通过企业内部局域网(Intranet)随时监视生产现场情况进行最优计划和调度;操作工人技艺数据库将通过丰富经验和直觉形成的技艺数字化,不断积累并与整个企业共享,实现高效率、高质量的加工,并依此创造新工艺、新知识和技能创新;新的CAD/CAM系统可将CAD数据立即转变为加工程序、工具清单、工艺卡和加工工艺图样,实现并行工程来缩短生产周期。

（4）就是与外界联接,可通过因特网(Intemet)为每一个客户设立一个窗口,快速反应客户的要求。在多品种小批量的条件下,将机床联网,则使加工时间由大大缩短。还可以通过远程诊断产品、以及在电脑前轻松地操纵远在车间里的机床设备,以及编辑修改零件程序、PLC程序、监控机床各轴当前状态、进行文件传输等诸多功能。

3 数控网络化特点

3.1 采用Windows环境。由于个人微机已经具备了工作站竞争的实力,再加上其价格低廉,使得普及CAD/CAM应用成为可能。

3.2 实用性强。数控机床的网络化,把数控加工机床类似办公网络中的共享打印机一样共享到网络上,从而大大提高了生产效率,为远程监控及网络制造提供基础。

3.3 加工安全可靠性好。在进行制造前,可以利用CAD/CAM软件对设计的零件进行充分的校核和仿真加工测试。对产品的可用性、可制造性进行评价,从而减少产品进入制造循环后修正设计缺陷所带来的损失。

3.4 可扩充性。采用星型网络将PC机和数控机床联接起来,因而易于扩充。可以随意添加计算机或数控设备而不影响整个系统的结构及性能。2.5数控网络化的优点。（1）便于生产管理。数控网络化可提高数控机床的生产率通过网络可实现生产任务的下发、设备状态、任务完工等生产现场的数据采集,为车间生产管理系统的正常运行提供反馈。（2）可实现异地CAD/CAM/CNC=NC的网络制造通过网络对外发布或允许外部了解自己的制造能力、技术支持能力,甚至组成网上虚拟车间(工厂),实现异地CAD/CAM/CNC=NC的网络制造。（3）大容量存储资源共享我国现有的大部分数控系统内存较小,没有大容量存储设备(如硬盘),而一些复杂零件加工程序量非常大,应用网络化数控即可解决了部分系统内存太小的数控机床不能执行较大的数控程序的问题,在高速局域网上满足CAD/CAM系统与数控系统进行大容量信息的通信与交换的要求。（4）可实现远程监控与诊断。当数控系统产生故障时,数控系统生产厂家可以通过Intemet对用户的数控系统进行快速诊断与维护,可以大大减少维护的盲目性,提高设备完好率。（5）可实现远程操作和远程培训通过把数控加工机床像办公网络中的共享打印机一样共享到网络上,满足某些制造行业对加工设备远程操作的要求以及远程培训的要求。（6）可实现智能化控制。在数控网络化系统上,可以方便地增加智能化控制功能,提高数控系统的档次。

总之，现场总线技术是制造业信息化、数字化和网络化,分散化、智能化和集成化的基础。现场总线技术以其先进性、实用性、可靠性和开放性的优点,必然成为制造业自动化发展的趋势。

参考文献：

[1]邹维.现场总线控制系统的设计和开发.2018.

[2]赵宽明.浅谈基于现场总线的网络数控技术.2019.