兩種數控機床網絡DNC結構比較

一、概述

    隨著數控技術使用的不斷深入，計算機技術、網絡技術的不斷發展，人們越來越多地使用這些高新技術來提高自己的生產效率，采用網絡技術來管理數控機床也就成為必然。數控機床網絡DNC技術在我國經過二十多年的發展，也經歷了從紙帶到單機，再到簡單網絡，最后發展成為高級網絡的艱苦歷程。紙帶方式已經基本完全拋棄；在機床數量較少時，有些用戶還在使用單機通訊模式；當機床數量發展到一定數量時，機床用戶一般都采用了網絡DNC的方式，但是，通過大量的調查，我們發現，我國數控機床的網絡DNC目前主要存在著兩種結構，一種是采用單臺計算機對應單臺機床的方式，這些計算機再通過局域網聯結，其結構如圖1所示；另一種是采用單臺計算機對應多臺機床的方式，其結構如圖2所示。（這里主要討論RS232模式的網絡通訊，不考慮機床以太網絡和總線方式的通訊）。雖然這兩種模式在技術層面上相差懸殊，但據我們所知，采用單對單模式的用戶還是相當多的，“存在就是合理的”，為此，我們還是在下面就這兩種結構的DNC作一詳細的比較分析說明，以供廣大機床用戶參考。

二、單機對單機網絡優缺點說明

    單機對單機模式是早期數控機床網絡DNC（主要是在九十年代初）的普遍采用的方式，基本相當于單機通訊模式，只是在單機通訊的基礎上將計算機進行了聯網。當時計算機技術和網絡技術，特別是串口通訊技術不是很發達，在軟件和硬件等方面都無法解決單臺PC滿足多臺機床同時進行DNC加工的要求，采用單臺PC控制單臺機床就是很自然的設想。其優缺點如下：

    優點：
    （1）單獨控制，互不干擾：單臺計算機出現故障不會影響其它機器的運行，而且由于PC資源有冗余，可以暫時用其它機床的PC替換出現故障的PC，顯然此模式有利于系統的穩定運行。
    （2）網絡結構簡單：只是簡單的局域網絡，有利于系統的維護。
    （3）軟件要求簡單：對于功能要求比較簡單的用戶來說只需簡單的單機版通訊程序即可，無需復雜的網絡版通訊程序。采用這種模式的很多用戶使用V24，PC-IN，PCOMM，或其它單機版軟件。
    （4）系統建設成本低：由于每臺機床只需配一臺計算機，軟件基本可以免費，水平相對高一些的廠家還可以自行網絡布線施工、系統安裝，故費用較低。

    缺點：
    （1）計算機布置比較分散，不易管理。特別是在當今計算機病毒比較泛濫的時代，一時管理的疏忽都可能造成整個網絡的癱瘓。還有些管理不善的車間中出現操作工人利用計算機玩游戲的現象。有些廠家為了解決這一問題，往往采用將計算機軟驅、光驅都去掉的做法，雖然能抑制病毒的發生，但畢竟是一種削足適履的做法。
    （2）普通計算機長期處在加工工作環境中會造成其使用壽命的降低，特別是在加工環境中，粉塵較多，電壓波動較大，電子干擾較強，計算機的外設，如軟驅、光驅、鼠標等設備的使用又非常頻繁，更加速了這些外設的損壞。如果換成工控機的話雖可以減少這些方面的影響，但又會使系統成本大幅度提高。
    （3）系統升級維護困難：一般來說，PC機的使用壽命在3-5年左右，一旦到了PC機更新換代的年限，車間內的所有PC機都要更換，這就相當于DNC網絡系統重建，代價是相當昂貴的。
    （4）生產現場放置計算機數量太多，占用了大量的寶貴車間面積，給車間生產現場的安排布置帶來麻煩。
    （5）有些用戶為了省錢，兩臺或多臺機床共用一臺計算機，這就等于完全退回到單機通訊狀態，串口需要經常插拔，增加了串口損壞的可能性，也不利于多臺機床的同時服務需求。
    （6）單機版軟件兼容性差：由于是采用的免費的單機版軟件，各種CNC系統間并不完全兼容，各種CNC系統采用不同的通訊軟件，給車間操作者帶來很多麻煩。
    （7）單機版軟件功能太簡單，不利于系統擴充：大多數用戶所使用的單機版軟件都是象V24之類的免費軟件，功能非常簡單，只能滿足程序通訊的需求，還需要PC端和CNC端兩頭呼應，雖然一般在此結構模式下PC和CNC相距很近，但總歸不是很方便，還有很多的功能是無法通過簡單的單機通訊軟件所能完成的（這些功能將在下面章節中詳細說明）。
    （8）程序管理為開放式的，無法進行規范化的管理，也不利于技術保密。
    （9）系統的集成度太低：各單臺計算機負責單臺CNC的程序管理，PC之間最多只能通過局域網絡來共享文件，還有大量的軟、硬件資源無法達到共享，實際上就是資源的浪費。

    三、多機網絡優缺點說明

    隨著串口通訊技術不斷發展，九十年代中期，市場上開始出現了穩定可靠的多路串口通訊設備出售，再加上計算機的CPU速度大幅度提高，WINDOWS95在多線程方面的完善支持，在軟硬件方面已經可以完善地解決單臺PC滿足多臺機床同時進行DNC加工的要求，于是數控機床網絡技術就發展了由單臺計算機來控制多臺機床的通訊模式，并且以此為基點，各DNC開發商開發了很多其它更加完善的DNC功能。其優缺點如下：

    優點：
    （1）系統高度集成化管理：由單臺PC就完全替代了以前的數十臺PC的工作，既免去了管理車間眾多計算機之苦，又省去了車間放置眾多計算機所帶來的麻煩，還使所使用的軟硬件資源得到最大程度的共享。
    （2）PC運行環境良好：由于采用了客戶/服務器網絡模式，將作為服務器的唯一主PC機可以放在環境相對良好的辦公室中，避免了PC機在車間加工環境中的惡劣考驗，保護了企業核心信息資源，延長了機器的使用壽命，增強了系統的穩定可靠性。
    （3）軟件兼容性高：由于是采用了一套網絡版DNC系統，它能適應多種系統的通訊需求，車間操作工人只要能操作機床的通訊過程即可，不需要熟悉各種系統的特殊約定，操作簡單扼要。
    （4）可以對加工文件，如NC程序、機床參數、刀補參數等進行規范化的流程化管理，提高企業管理水平。
    （5）網絡版軟件功能強大：既然是網絡版，它就具備除單機版通訊程序的基本功能外，還能滿足車間多臺機床的各種方式下的多種通訊需求，同時還能適應車間生產的不斷發展變化。現簡單地將網絡版DNC軟件的功能列舉如下：

 NC程序的雙向傳輸：所有數控設備實施聯網集中管理，利用網絡可進行多臺機床同時NC程序的雙向傳輸和DNC加工，從而實現NC程序的海量存儲、集成化管理。

 客戶/服務器結構：將每臺數控機床定義為客戶端設備，利用數控系統自身的RS－232接口和通訊功能（對數控系統無任何改動），操作工可在數控機床端進行數據的雙向傳輸以及訪問管理服務器端數據的全部操作，服務器端對數控端的操作請求自動進行相關處理而無需人為干預。

 數量與距離：每臺計算機最多能管理256臺數控機床，通訊距離最遠可達到2公里。

 通訊協議：系統支持多種通訊方式（RS232/422/485、TCP/IP），適應各種機床的通訊要求。

 程序的格式化處理：具有針對不同機床控制系統對加工程序進行處理的能力，即在傳輸中，可對程序頭、特殊控制字符等進行替換、增加、刪減。

 交互式事件響應機制：數控端的每一項操作都會有反饋消息，即無論操作是否正確，操作工在數控設備端都能夠得到提示信息。

 數據共享：操作工可在本地數控設備訪問其它數控設備，方便零件的轉移加工。當某臺數控機床需要其它類型相同的數控機床上的NC程序時，通過修改上傳文件中對數控機床的編號即可實現，同樣,當工藝人員編好加工程序后，只需將程序文件放到指定機床目錄或虛擬機床目錄，工人在加工時即可到指定目錄下載。

 查詢與下載：在NC程序中按規定書寫注釋字符，則此NC程序從數控機床端上傳到服務器時，計算機將自動將此文件按注釋符的內容進行處理。

 DNC在線加工：全客戶端模式的DNC在線加工，使DNC加工的啟動、進入、退出、中斷、斷點續傳等功能全部在數控機床端實現，而外部子程序調用、行號重置、斷點智能連接等全部融入到系統當中，無需人工干預。

 信息采集：通過數控系統I/O變量輸出功能（對沒有I/O變量輸出功能的數控系統，通過報表輸出方式）實現機床加工信息的實時采集。

 網絡平臺：通過DNC網絡平臺，實現刀具參數信息、設備故障信息、工藝信息、生產任務信息加工的網絡化管理。

    上面所列舉的功能是單機版DNC軟件所沒有的。

    缺點：
    （1）集成度太高：集成化管理也是一柄雙面刃，一方面集成化管理確實能給我們帶來效益，是我們的追求目標，但過度的集成則可能給系統的穩定可靠性帶來隱患，一旦PC服務器主機癱瘓，則整個機床網絡DNC也就癱瘓，從而給車間生產帶來不可估量的損失。這也正如“將雞蛋放在一個籃子中保險還是放在多個籃子中保險”的原理一樣。為了彌補這種單服務器可能有的隱患，我們又設計了一種網絡冗余主/從機自動切換模式，在一般情況下主機主管多臺數控系統DNC，從機監視主機狀態，一旦主機發生意外而癱瘓，從機自動接管多臺數控系統DNC，不影響車間加工生產，當主機恢復正常工作后，從機又自動交回DNC控制權。
    （2）系統造價較高：雖然在硬件的投入方面減少了，但這種模式下主要投資在軟件上，一般聯一臺機床在5000-10000元左右，稍高于一臺普通PC機的價格。但從系統的性價比來看，采用此模式有是很劃算的，并且此模式下系統升級維護費用并不高，最多就是換掉一臺PC主機，還有就是軟件升級費用，目前大多數DNC供應對于軟件升級的費用是比較優惠的，細小的維護基本免費，除非有重大模式的修改可能會考慮一些費用，但其額度也是有限的。

    四、總結說明

    綜上所述，相對于單機對單機模式來說，單機對多機DNC模式除了在系統穩定可靠性上稍有疑問外，其它各方面都表現良好。我們認為，在目前技術條件下，采用單臺PC管理多臺機床DNC是數控機床網絡DNC的最佳模式。事實上，目前新建數控機床網絡DNC的用戶基本都不會再考慮采用單對單模式,而很多以前采用單對單模式的用戶都強烈要求采用單對多模式來改造他們的機床網絡DNC。當然，也還有很多已經采用單對單模式的用戶還在繼續使用著固有模式，在下以為這主要由于資金和項目兩方面的原因，當這些用戶有了進一步的高級需求和合適的項目時，采用單對多模式來改造他們的機床網絡DNC將是這些用戶的必然選擇。正是：江山代有人才出，總將新桃換舊符！