工业以太网的数控机床网络控制系统设计

数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件。

1 系统结构

系统的结构主要根据实际需要而选定，需要考虑的因素主要有车间的环境、工厂的自动化程度与管理层的信息集成等。系统采用工业以太网作为网络平台，工业以太网的抗干扰设计保证了在车间恶劣劣环境下的通信畅通及实时性，且易于与管理层集成。系统采用总线+星型的拓扑结构。主干网采用总线结构，易于组成冗余环网。局部采用星型结构，避免了某一台设备的故障影响其他设备。系统的拓扑结构如图1如示。

实现数控机床和工业以太网连接的协议转换器实质就是工业以太网数据包与RS232数据包的转换器。它向上接人工业以太网，采用工业级RJ45接口形式，向下连接带有RS232串口的数控机床。协议转换器可以作为数控机床的一个部件安装在机床上。

2 系统功能

2．1通讯功能

（1）NC程序的双向传输所有数控设备实施联网集中管理，利用网络进行NC程序（包括机床参数，刀补文件，宏程序等）的双向传输，从而实现NC程序的海量存储、集成化管理。保证所有入网数控设备可在同一时刻进行并发式的通讯传输。

（2）在线加工需要数控系统本身支持在线加工功能，可实现断点续传、子程序调用等功能。

（3）数据共享让操作工在本地数控设备访问其他数控设备或虚拟机床信息，方便零件转移加工。

2．2控制功能

在该模块中DNC服务器与CNC进行通讯，可以实时采集数控机床的加工状态、联网状态、刀具信息、操作履历，以及对刀具寿命进行管理。并且通过一定的权限确认，可以在线修改各种设备参数和运行参数，从而实现底层设备的完全监控。用户可以随时通过网络查询设备运行状态以及设备现场的工况，对生产过程进行实时的远程监控。

2．3NC程序管理

NC程序作为加工过程中非常重要的一部分资源，对其进行高效的数据化管理已经成为DNC系统不可缺少的一部分。NC程序的管理根据管理目标对象的不同又可分为对程序进行生命周期内的管理和NC程序内部信息管理。

作为网络系统中的“瘦客户机”，NC主要依靠高速网络工作，目前，百兆以至千兆网络已普及，支持NC的网络基础设施已不成问题。NC一般没有本地的外存储设备和多余的端口，运行的软件和数据也都集中在服务器上，这样的NC作为网络节点，病毒和黑客非常难入侵，数据的安全性大大提高。由于NC能由系统管理员集中管理，一个管理员能轻松地管理成百上千的NC。此外，NC更有成本低，无噪声，高可靠等好处。当然，NC的缺点是没有PC那样强大的处理能力和自由度，不能独立工作，所以他不能代替PC。恰切地说，NC和PC各有所长，他们应该互相补充，适应不同的需求。

网络计算机是在一定应用领域中和网络环境下，应用程序运行和数据存储都在服务器上，本身没有硬盘、软驱、光驱，并具有PC功能的一种低成本、免升级、免维护、便操作、权管理、强安全、高可靠的终端客户机。它能满足管理者和大众对信息处理和信息访问的需求，是各行业信息化应用细分的必然产物。

程序管理流程为：编程人员（有编辑修改的权限）编好的程序在完成修改、仿真校验等工作后加载人相应数据库试切验证区，同时填表完成NC程序关联信息的输入，此时程序处于编辑状态，经编程主管（有解锁的权限）审核同意后，将程序改成调试状态，此后可发送到机床试切，也可以从机床的控制面板上远程调用程序；试切验证和调试无错误的程序经程序主管的同意后发回到数据库的锁定区，此时程序状态为锁定；经过技术主管（有批准的权限）审核无误后，正式进入数据库定型归档，程序变成只读属性，以后不能再修改了（只有个别有权限的人可改）。整个管理流程如图2。

3 系统关键部件——转换器设计

工业以太网协议与RS232串口协议转换器的工作原理是，把来自串口设备的任何信息透明地传输到工业以太网上的任何一台计算机，也可以把来自上层的任何控制信息透明地传输给数控设备。通过为协议转换器配置IP地址，数控机床成为网中的一个节点，从而达到集中管理数控机床的功能，如文件传输、状态监控等。协议转换器的结构如图3所示。

协议转换器就是一种嵌入式系统。采用PHILIPS公司生产的 ARM（AdvancedRISCMachines）芯片作为处理器，在ARM公司的集成开发环境ADS1．2（ARMDeveloperSuit） [中，通过在芯片上移植实时操作系统C／OS-Ⅱ及TCP／IP协议，开发基于C／OS-Ⅱ的串口监控软件，实现了串17数据到工业以太网数据包的转换。其工作过程如下：串口监控软件一旦发现串17有数据到达，触发一个中断，系统调用协议转换中断服务程序，将数据转换为工业以太网数据包，然后通过智能交换机发给管理层计算机。整个工作过程如图4所示。

4 结语

工业以太网通信可以满足车间数控机床网络控制的通信要求，基于工业以太网的DNC系统使车间乃至整个企业的信息网与DNC通信网络得以统一。达到全车间信息的完整性、通透性、一致性，而且可以直接将数控机床接人 [nternet，实现远程信息的传输，适应了网络制造的需要。由T-T．,_IIeVAX～已经成为工业现场控制发展的趋势，以此技术实现的数控机床网络控制系统性能可靠，易于在企业中推广莉应用，具有广阔的应用前景．