關(guān)于數控機床控制管理論文
概述
隨著(zhù)計算機應用技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的迅速發(fā)展，數控系統的功能極大地提高。由于以太網(wǎng)的前景普遍被看好，各大數控生產(chǎn)商紛紛推出了具有以太網(wǎng)功能的數控系統。在DNC(DistributedNumericalControl)領(lǐng)域也出現了一種新型的數控機床網(wǎng)絡(luò )型式――基于以太網(wǎng)絡(luò )的DNC。以太網(wǎng)聯(lián)接是指將具有以太網(wǎng)功能的加工中心等數控機床以以太網(wǎng)的方式組網(wǎng)，實(shí)現單臺微機對多臺CNC的集中控制，其網(wǎng)絡(luò )構成結構如圖1所示。在這種方式下，DNC軟件開(kāi)發(fā)商通常要根據數控生產(chǎn)商提供的開(kāi)發(fā)軟件包進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，具體針對不同的數控系統開(kāi)發(fā)出各自的通訊接口軟件。本文介紹的基于以太網(wǎng)的數控機床網(wǎng)絡(luò )控制系統JCSDNC(Ethernet)是針對FANUC系統開(kāi)發(fā)的，適用于配有FANUC0iB/15i/16i/18i/21i，PowerMatei-D/H系統的機床組網(wǎng)。
構建以太網(wǎng)監控網(wǎng)絡(luò )對數控系統的要求
機床以太網(wǎng)監控網(wǎng)絡(luò )要求數控系統在硬件上具有以太網(wǎng)功能，即具有以太網(wǎng)卡或快速以太網(wǎng)卡，在“軟件”方面則要求CNC具有內置的以太網(wǎng)函數。其內部通訊處理機制如圖2所示。對于內置以太網(wǎng)卡，通訊過(guò)程的處理是通過(guò)CNC的CPU。這就意味著(zhù)CNC的運行條件會(huì )影響內置以太網(wǎng)卡的通訊，相應地，內置以太網(wǎng)卡的通訊狀況也會(huì )影響CNC的處理過(guò)程。
內置以太網(wǎng)函數的處理優(yōu)先級低于如下操作：自動(dòng)循環(huán)或手動(dòng)方式下每個(gè)主軸的運動(dòng)控制。因此，在自動(dòng)運行期間，通訊速度將會(huì )降低。另一方面，由于內置以太網(wǎng)函數的優(yōu)先級高于CNC的屏幕顯示操作、C語(yǔ)言執行器(除高級任務(wù))、宏命令執行器(除執行宏)。在執行內置以太網(wǎng)的通訊時(shí)，這些操作將會(huì )被延時(shí)處理。
由以太網(wǎng)方式聯(lián)接的網(wǎng)絡(luò )傳輸速度明顯地較串口高，每秒傳輸速率可以達到10M、100M。并且，由于加工中心的CNC系統內置了一些函數接口，使以太網(wǎng)聯(lián)接可以實(shí)現控制計算機和數控系統的直接通訊。也就是說(shuō)，在這種方式下不但可以實(shí)現通訊數據的快速傳輸，而且可以在主控計算機端自動(dòng)獲得完全的設備信息、生產(chǎn)信息、遠程控制加工中心，為自動(dòng)化生產(chǎn)創(chuàng )造更完備的條件。
數控機床網(wǎng)絡(luò )控制系統要更好的適應生產(chǎn)的需要，在傳統DNC軟件的功能基礎上還需具備四個(gè)功能模塊：NC程序管理模塊、現場(chǎng)監控模塊、遠程監控模塊以及基于Internet進(jìn)行遠程訪(fǎng)問(wèn)的數據通信部分。
功能模塊
NC程序管理模塊
NC程序作為加工過(guò)程中重要資源之一，對其進(jìn)行高效的數據化管理已經(jīng)成為DNC軟件不可缺少的一部分。NC程序的管理根據管理目標對象，分為對程序進(jìn)行生命周期內的管理和NC程序內部信息管理。
在本模塊中對NC程序的整個(gè)生命周期進(jìn)行了嚴格的管理，從NC程序的生成到消亡都提供一套嚴格的管理手段。在不同時(shí)期，對NC程序的狀態(tài)可設置為編輯、審核、定型三種，其工作過(guò)程如圖3所示。程序的最初狀態(tài)是可以自由編輯的，經(jīng)過(guò)審核後可以開(kāi)始進(jìn)行試加工。而程序一旦經(jīng)試切驗證完成后就到達定型狀態(tài)，不能再進(jìn)行編輯，直至消亡。
對NC程序的內部屬性進(jìn)行管理主要包括程序號、程序注釋、零件圖號、所加工的零件號、加工工序號、加工范圍、機床、用戶(hù)信息等進(jìn)行管理。在本系統中可對程序根據圖號、零件名稱(chēng)、工序、機床等進(jìn)行多種條件的復合查尋，同時(shí)對加工程序編輯歷程、所用刀具清單、工藝卡片等進(jìn)行管理。
現場(chǎng)監控模塊
現場(chǎng)監控模塊是實(shí)現遠程監控系統的基礎。通過(guò)五類(lèi)線(xiàn)或超五類(lèi)線(xiàn)與具有以太網(wǎng)功能的數控機床直接聯(lián)接，可以實(shí)現控制、監測和對數控機床的診斷。此外，目前市場(chǎng)上有一些軟件生產(chǎn)商把只具有串口通訊功能的加工中心以以太網(wǎng)方式甚至是無(wú)線(xiàn)方式聯(lián)接。這兩種方式在本質(zhì)上是區別于以太網(wǎng)聯(lián)接的，它們只是通過(guò)轉接口變換了聯(lián)接方式，將串行數據轉變成以太網(wǎng)方式傳輸，其通訊的瓶頸依然存在于串口通訊。但這種做法可以克服工廠(chǎng)施工條件惡劣、布線(xiàn)不便等問(wèn)題。
本模塊與CNC進(jìn)行通訊，可以實(shí)時(shí)采集數控機床的加工狀態(tài)、聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)、刀具信息、操作履歷，以及對刀具壽命進(jìn)行管理。并且通過(guò)一定的權限確認，可以在線(xiàn)修改各種設備參數和運行參數，從而實(shí)現底層設備的完全監控。通過(guò)對采集到的工況數據進(jìn)行處理，可以及時(shí)獲取加工業(yè)績(jì)、機床利用率等生產(chǎn)管理所需要的數據，如圖4所示。
遠程監控模塊
遠程監控模塊是利用計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，提供廣域范圍內共享資源的平臺，并為實(shí)時(shí)監測監控、故障診斷提供支持。用戶(hù)可以隨時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )查詢(xún)設備運行狀態(tài)以及設備現場(chǎng)的工況，對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的遠程監控，如圖5所示。甚至可以將機床的梯形圖傳送至遠程的控制主機，用梯形圖實(shí)施機床故障的遠程診斷。為保證生產(chǎn)的安全性，梯形圖必須用密碼保護，以防無(wú)關(guān)人員修改。
基于Internet的數據通訊模塊
由于生產(chǎn)狀況的千變萬(wàn)化，生產(chǎn)過(guò)程中會(huì )出現很多隨機的情況，因此不同地點(diǎn)、不同部門(mén)的專(zhuān)業(yè)人員要對同一設備進(jìn)行工作，就需要有一個(gè)自由交流的平臺，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現信息交互、經(jīng)驗交流，最終實(shí)現設備的遠程監控。本模塊在基于網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的基礎上，為客戶(hù)提供了文字交流的平臺，如圖6所示。
FANUC系統的以太網(wǎng)功能是通過(guò)以太網(wǎng)卡或FANUC快速以太網(wǎng)卡遵循TCP/IP協(xié)議實(shí)現的。網(wǎng)絡(luò )控制軟件要與數控機床進(jìn)行正常通訊，需進(jìn)行以下設置：
1、設置控制計算機側的TCP/IP協(xié)議；
2、設置CNC側的以太網(wǎng)卡和內置以太網(wǎng)函數；
3、物理連接個(gè)人計算機和CNC。
JCSDNC(Ethernet)的應用
以太網(wǎng)聯(lián)接的最大難點(diǎn)就是對數控系統提出了較高的要求，即數控系統必須具有以太網(wǎng)功能，這只有在較高配置的數控系統中才能實(shí)現。并且由于各數控生產(chǎn)商在以太網(wǎng)功能方面提供的開(kāi)發(fā)包各不相同，系統集成商必須針對不同的數控系統做相對獨立的開(kāi)發(fā)工作。在存在多種數控系統的加工環(huán)境下，各子系統的兼容就顯得尤為重要。
基于以太網(wǎng)方式的遠程監控系統在傳輸速度上、以及對底層設備的控制方面都有傳統網(wǎng)絡(luò )模式無(wú)法相比的優(yōu)越性，在硬件聯(lián)接方面也更加方便快捷，基本可以滿(mǎn)足中小企業(yè)在加工、制造過(guò)程中對生產(chǎn)狀況控制的需要。
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