盧孔寶

基于網(wǎng)絡(luò)DNC控制構(gòu)建數(shù)控設(shè)備教學(xué)管理平臺

盧孔寶

（浙江水利水電學(xué)院機(jī)械與汽車工程學(xué)院，浙江杭州310018）

分析了應(yīng)用型本科院校先進(jìn)制造實驗實訓(xùn)室數(shù)控設(shè)備管理有待加強(qiáng)和改進(jìn)的方面，提出了基于無線網(wǎng)絡(luò)DNC控制的管理方案，并從通訊協(xié)議、硬件配置選型、系統(tǒng)構(gòu)架搭建等方面進(jìn)行闡述。該管理系統(tǒng)構(gòu)建有利于教師對實驗實訓(xùn)室設(shè)備的管理，具有一定借鑒意義。

DNC控制；無線網(wǎng)；數(shù)控設(shè)備；數(shù)據(jù)管理

浙江省的高校特別是新建應(yīng)用型本科院校先進(jìn)制造實驗實訓(xùn)室在中央、省財政提升地方辦學(xué)水平專項資金資助下實驗實訓(xùn)室規(guī)?？焖侔l(fā)展。與此同時，先進(jìn)制造實驗實訓(xùn)室數(shù)控設(shè)備管理不到位、設(shè)備利用率統(tǒng)計不準(zhǔn)確、開放式實驗室管理工作量大、人才培養(yǎng)效益發(fā)揮不佳等亟待解決的問題也隨之而來。傳統(tǒng)的以單臺數(shù)控設(shè)備獨立運行的實驗實訓(xùn)管理模式嚴(yán)重制約了數(shù)控設(shè)備的效能發(fā)揮，數(shù)控機(jī)床設(shè)備的管理在計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展下，也趨向于網(wǎng)絡(luò)化、自動化、集成化發(fā)展。

1 研究背景

借助浙江制造業(yè)大省的優(yōu)勢，通過市場調(diào)研、兄弟院校學(xué)習(xí)、擬定解決方案、優(yōu)化方案等流程，最終選定通過無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)合數(shù)控DNC傳送的方式，實現(xiàn)對先進(jìn)制造實驗實訓(xùn)室的數(shù)控設(shè)備運行狀況數(shù)據(jù)進(jìn)行智能管理、動態(tài)管理，實現(xiàn)對先進(jìn)制造實驗實訓(xùn)室的數(shù)控設(shè)備編程數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送和監(jiān)控，最終實現(xiàn)數(shù)控設(shè)備開機(jī)率、編程程序DNC傳送、數(shù)控機(jī)床運行數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控等功能，達(dá)到實驗實訓(xùn)室數(shù)字化管理、智能化管理的目的[1]。

2 基于網(wǎng)絡(luò)DNC控制的管理平臺構(gòu)建

2.1 確立數(shù)控機(jī)床與無線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)方式

結(jié)合我校數(shù)控設(shè)備不具備MAP（Manufacture Automation Protocol制造自動化協(xié)議）等高性能通信接口，其數(shù)據(jù)傳送只能通過RS-232C串口DNC聯(lián)網(wǎng)方式進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)傳送。為優(yōu)化DNC系統(tǒng)的開發(fā)和實施，確定構(gòu)建了協(xié)議（以太網(wǎng)）轉(zhuǎn)換聯(lián)網(wǎng)方式與數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)。其基本構(gòu)架如圖1所示。

圖1 數(shù)控機(jī)床與無線網(wǎng)基本構(gòu)架圖

2.2 計算機(jī)與數(shù)控機(jī)床通訊協(xié)議設(shè)定

數(shù)控設(shè)備上的RS-232c通訊接口與計算機(jī)的串口數(shù)據(jù)傳輸需建立在通訊協(xié)議一致的前提下才能實現(xiàn)，同樣如果RS-232c接口與無線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，也需要設(shè)定通訊協(xié)議，利用無線網(wǎng)絡(luò)使計算機(jī)與數(shù)控設(shè)備完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ?，實現(xiàn)PC機(jī)對數(shù)控設(shè)備的DNC控制[2]。

RS-232C接口通訊協(xié)議有波特率設(shè)定、通信協(xié)議設(shè)置、校驗設(shè)定、數(shù)據(jù)位長設(shè)定、截止位設(shè)定、反饋字符設(shè)定、結(jié)束代碼設(shè)定、換行符設(shè)定，其中機(jī)床側(cè)的通訊協(xié)議與系統(tǒng)側(cè)的通訊協(xié)議要一致，最主要的指標(biāo)為：波特率、校驗設(shè)定、換行符等。

2.3 DNC傳送系統(tǒng)的數(shù)控設(shè)備數(shù)據(jù)采集硬件選配

結(jié)合先進(jìn)制造技術(shù)實驗室的數(shù)控設(shè)備不具備自帶無網(wǎng)卡反饋功能的特點，DNC傳送系統(tǒng)數(shù)字信號則可通過外置硬件傳感器、外置數(shù)據(jù)采集器對采集的數(shù)控設(shè)備電信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來。

數(shù)控設(shè)備的開機(jī)率、有效運行率可通過開關(guān)量硬件采集器結(jié)合PLC梯形圖反饋而來，可應(yīng)用在RS-232C工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，開關(guān)量信號測量和監(jiān)測，高低電平信號的測量以及工業(yè)現(xiàn)場信號隔離及長線傳輸?shù)鹊?。本次DNC傳送系統(tǒng)的采用的串口I/O轉(zhuǎn)換模塊如圖2所示。

圖2 串口I/O轉(zhuǎn)換模塊

數(shù)控設(shè)備的當(dāng)前運轉(zhuǎn)負(fù)載、轉(zhuǎn)速等信號可通過模擬量硬件采集器采集相關(guān)信號。模擬量采集器用于采集0～5 V電壓信號，4～20 mA電流信號的智能采集模塊，其主要原理是將電壓和電流信號采集輸入，然后通過RS-232C通信接口與上位機(jī)PC相連接，通信協(xié)議采用工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)的MODBUSRTU協(xié)議。本次DNC傳送系統(tǒng)的采用的模擬量硬件采集器如圖3所示。

圖3 模擬量硬件采集器模塊

串口交換機(jī)硬件采用RS232轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)IP4，該硬件可以使數(shù)控設(shè)備的RS-232C串口具備網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)能力，為串口數(shù)據(jù)信息提供高效、安全、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通道，是連接串口設(shè)備及TCP/IP以太網(wǎng)絡(luò)的橋梁[3]。

2.4 基于網(wǎng)絡(luò)控制的DNC系統(tǒng)的構(gòu)建設(shè)計

結(jié)合學(xué)校先進(jìn)制造技術(shù)實驗實訓(xùn)室現(xiàn)有數(shù)控設(shè)備情況：FANUC 0i系統(tǒng)數(shù)控車床8臺，F(xiàn)ANUC 0i系統(tǒng)數(shù)控銑床5臺，F(xiàn)ANUC 0i系統(tǒng)數(shù)控加工中心2臺，構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)控制的DNC系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 基于網(wǎng)絡(luò)控制的DNC系統(tǒng)

3 結(jié)束語

通過構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)控制的DNC系統(tǒng)，使我校先進(jìn)制造技術(shù)實驗實訓(xùn)室利用信息化對數(shù)控設(shè)備進(jìn)行管理和控制。在實踐教學(xué)過程中進(jìn)行了應(yīng)用，教師可以通過PC機(jī)及時掌握學(xué)生實訓(xùn)的動態(tài)情況及實驗實訓(xùn)數(shù)據(jù)，提升了實驗實訓(xùn)的教學(xué)質(zhì)量和效率，加強(qiáng)了相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計的可靠性和真實性?；诰W(wǎng)絡(luò)控制的DNC系統(tǒng)控制模式在高校、中型企業(yè)對數(shù)控設(shè)備的管理方面有較大的借鑒意義。

[1]趙平，汪女輝.DNC系統(tǒng)在車間數(shù)字化改造中的應(yīng)用研究[J].機(jī)床與液壓，2016（10）：158-162.

[2]熊霞．網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控設(shè)備資源共享系統(tǒng)的設(shè)計[J]．機(jī)床與液壓，2010，38（8）：33-34.

[3]施吉祥.基于無線的DNC系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理平臺設(shè)計[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2011（5）:118-121.

Construction of Teaching Management Platform of NC Equipment based on Network DNC Control

LU Kong-bao
（Zhejiang University of Water Resources and Electric Power，School of Mechanical and Automotive Engineering，Hangzhou Zhejiang 310018，China）

Analysis of the needs of strengthening and improving the NC equipment management of Advanced Manufacturing Laboratory of applied undergraduate colleges，and puts forward the management scheme of wireless network based on DNC，and discusses the communication protocol，hardware configuration，system framework etc. The construction of the management system is conducive to the management of the experimental training room equipment，which has a certain reference value.

DNC control；wireless network；numerical control equipment；data management

T393

A

1672-545X（2017）02-0245-03

2016-11-29

2016年浙江省教育技術(shù)研究規(guī)劃課題（編號：JB065）

盧孔寶（1982-），男，浙江湖州安吉人，實驗師，本科，主要從事數(shù)控加工技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)研究。