1 需求分析

1. 傳統(tǒng)經(jīng)濟型數(shù)控機床存在的問題

   傳統(tǒng)經(jīng)濟型的數(shù)控加工設(shè)備按數(shù)控系統(tǒng)分類主要有：FANUC系統(tǒng)(其中包括3T攘烛、7M魏滚、HC-6镀首、6MB等)、AB公司系統(tǒng)鼠次、國產(chǎn)3B線切割系統(tǒng)等：按數(shù)控程序輸入/輸出通訊接口類型分有三類：一類為僅有RS232/RS422串行口更哄，二類為僅有紙帶閱讀機8/5單位并行口，三類同時包括前兩類接口齿矗。這三類機床同時還存在同樣的問題就是：內(nèi)存容量較小用玷，不適應(yīng)復雜、大型面爷凫、高精度疗涎、長程序零件的加工：它們的對外接口能力差，沒有DNC功能罪团，不能實現(xiàn)在線加工以及網(wǎng)絡(luò)控制等問題理若。

2. 希望的解決方案

   本著滿足最基本的應(yīng)用需求、且留有一定的可擴充性及性能提高的潛力的前提嗤渔，來改善數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用環(huán)境涡似。就此提出了以下解決方案：機床通訊接口的硬件改造，針對各類機床設(shè)計相應(yīng)的通訊接口板卡：通訊控制軟件的開發(fā)薯湾，以實現(xiàn)各機床的單機通訊功能：開發(fā)其它輔助功能(如：數(shù)控程序中加工信息的提取怨怒、數(shù)控程序圖形模擬、長程序的在線加工等)线满，彌補和增強原數(shù)控系統(tǒng)功能：網(wǎng)絡(luò)體系的選擇與通訊協(xié)議的定義及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制軟件的開發(fā)榴痢，實現(xiàn)數(shù)控程序的中央服務(wù)器集中管理和網(wǎng)絡(luò)通訊。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1. 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成及功能整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由中央服務(wù)器皱坛、網(wǎng)絡(luò)接口编曼、雙向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、現(xiàn)場服務(wù)器剩辟、1分N口并行數(shù)據(jù)收發(fā)器掐场、數(shù)據(jù)接收器以及經(jīng)濟型數(shù)控機床等組成。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成示意圖見圖1贩猎。系統(tǒng)工作方式為客戶/服務(wù)器方式熊户。
   

   圖1 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

   中央服務(wù)器是整個網(wǎng)絡(luò)的中樞部分，它主要完成的是對各級服務(wù)器的整體控制吭服。它采用后臺中斷工作模式嚷堡，不需要人的干預，而且其前臺還可以進行其他工作艇棕。
   現(xiàn)場服務(wù)器是客戶端蝌戒，既擔任起數(shù)控服務(wù)器的功能，又具有強大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能沼琉，它接受中央服務(wù)器下達的各項任務(wù)：從網(wǎng)絡(luò)上獲取由中央服務(wù)器傳來的數(shù)控加工程序的數(shù)據(jù)信息北苟，并把這些數(shù)據(jù)信息傳送到NC文件庫：將已加工過的數(shù)控程序反饋到中央服務(wù)器桩匪。能從系統(tǒng)的NC文件庫中提取相應(yīng)的數(shù)控代碼，并從中提取有關(guān)的加工零件數(shù)據(jù)和信息酌涮，對其進行處理冶侮，實現(xiàn)NC程序的圖形模擬等工作。另外丑炒，對需用長程序的零件加工们萄，現(xiàn)場服務(wù)器還完成長程序的在線加工任務(wù)。
   現(xiàn)場服務(wù)器可同時服務(wù)于多臺數(shù)控設(shè)備芬阀，根據(jù)需要在車間一定的空間范圍內(nèi)(比如：一個小的工作間焦驰，一個小的局部區(qū)域)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，放置一臺PC機作為現(xiàn)場服務(wù)器讽渐，一臺服務(wù)器根據(jù)實際需要靠選用1分N口并行數(shù)據(jù)收發(fā)器來服務(wù)于多臺數(shù)控設(shè)備毯旷。
2. 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及通信協(xié)議的選擇
   系統(tǒng)中的各種信息都是通過網(wǎng)絡(luò)來傳輸?shù)摹Ｔ谟嬎銠C網(wǎng)絡(luò)發(fā)展上驹毁，影響較大的網(wǎng)絡(luò)體系主要有：OSI七層參考模型和TCP/IP體系結(jié)構(gòu)模型选癣。OSI參考模型是ISO7498國際標準。TCP/IP體系結(jié)構(gòu)是當前流行的Internet網(wǎng)絡(luò)所使用的體系結(jié)構(gòu)廊席，盡管它不是國際標準杰刽，但在計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中卻占有非常重要的地位。這是因為雖然OSI的體系結(jié)構(gòu)從理論上講比較完整王滤，其各層協(xié)議也考慮得很周全贺嫂，但事實上，完全符合OSI各層協(xié)議的商用產(chǎn)品卻極少進入市場雁乡，遠遠不能滿足各種用戶的需求第喳。然而使用TCP/IP協(xié)議的產(chǎn)品卻大量涌入市場，幾乎所有的工作站都配有TCP/IP協(xié)議踱稍，并已成為計算機網(wǎng)絡(luò)事實上的標準曲饱，通稱“工業(yè)標準”。為此珠月，我們在數(shù)控機床的網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)中扩淀，采用的是TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，該體系把計算機網(wǎng)絡(luò)分為四層啤挎，即應(yīng)用層驻谆、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和網(wǎng)絡(luò)接口層庆聘。
   TCP/IP體系結(jié)構(gòu)為傳輸層制定了兩種協(xié)議即：傳輸控制協(xié)議(TCP)和用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議(UDP)胜臊，UDP為用戶提供進程無連接的數(shù)據(jù)報協(xié)議，數(shù)據(jù)包以獨立包的形式傳送，服務(wù)不提供無錯保證筝便，數(shù)據(jù)可能丟失阁雷、重復或失序：數(shù)據(jù)包的長度也受一次處理最大長度的限制(默認值為8192字節(jié)，最大值為32768字節(jié))狐昆，不進行包的拆分和重組操作：而TCP協(xié)議是一個可靠的全雙工的字節(jié)流的面向連接的協(xié)議，TCP和UDP相比傳輸可靠掸枉、數(shù)據(jù)無差錯八领、無重復，可按發(fā)送順序接收磷妻，數(shù)據(jù)為字節(jié)流鼠灼，其長度不受限制，為用戶提供虛電路服務(wù)搁赘，并為數(shù)據(jù)的可靠傳輸提供檢驗眯词。根據(jù)數(shù)控加工的特點，盡管數(shù)據(jù)包在傳輸量小于2048個字節(jié)時UDP可靠性更好愁反，但數(shù)據(jù)包服務(wù)是單包延届、無序傳送，而系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信顯然不能保證所有傳輸?shù)男畔⒍夹∮?048個字節(jié)贸诚，因此方庭，只能選用TCP作為系統(tǒng)的傳輸層協(xié)議。
   應(yīng)用層的通訊協(xié)議的選擇既要考慮到數(shù)控加工的特點又要具備實時性酱固、可靠性以及數(shù)據(jù)傳輸量大等特點械念。本系統(tǒng)另行開發(fā)了基于TCP/IP協(xié)議族的相應(yīng)協(xié)議，制定了應(yīng)用進程之間傳輸?shù)男畔⒌奶厥夂x运悲。
3. 通訊協(xié)議的實現(xiàn)
   系統(tǒng)協(xié)議龄减，就是保證客戶端和服務(wù)器端的應(yīng)用線程之間能相互準確、及時班眯、有序地傳送信息希停，并能彼此毫無差錯地對信息進行語法分析和解釋。
   對于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)署隘，其傳輸信息有自己獨特的含義脖苏。在客戶端和中央服務(wù)器間傳遞的信息，主要有客戶端的請求信息定踱、數(shù)據(jù)信息和中央服務(wù)器端的狀態(tài)信息盼掘。
   客戶端的控制信息又分為兩種：網(wǎng)絡(luò)控制信息和加工控制信息：服務(wù)器端的狀態(tài)信息也分為兩種：連接狀態(tài)信息和客戶端的狀態(tài)信息。
   在系統(tǒng)的協(xié)議中耸颁，這些信息都規(guī)定了相應(yīng)的格式規(guī)范彰巫，客戶端的網(wǎng)絡(luò)控制信息主要用于與服務(wù)器連接的建立、維持和釋放。加工控制信息由控制命令字童丢、控制參數(shù)組成糠味。網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議格式為：“cmd，1byte命令代碼择车，1byte命令長度渊伐，命令參數(shù)，4字節(jié)的校驗碼(XC)”阀严《辔觯‘cmd’為命令引導碼，用以標識命令的開始：‘命令長度’只包括命令參數(shù)及校驗碼的長度砚凳。若無命令參數(shù)初祠，則為4，校驗碼將無意義也不被檢驗鳄橘，但還是必須發(fā)送声离。
   傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的末尾4字節(jié)為校驗碼。前3字節(jié)為該包的所有字節(jié)的和瘫怜，第4字節(jié)為所有字節(jié)的異或值术徊。若發(fā)送過程中有數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤，則第4字節(jié)的校驗碼一定不正確鲸湃。因此弧关，靠監(jiān)測第4字節(jié)校驗碼來保證通訊數(shù)據(jù)的可靠性。

3 硬件設(shè)計原理

4 軟件開發(fā)原理

1. 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)控制軟件的開發(fā)原理
   網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制軟件安裝于中央服務(wù)器中广柴，其設(shè)計原理是：中央服務(wù)器不停地接收并分析從各端口送來的請求、命令欧移、信息等數(shù)據(jù)包才嘀。當一個數(shù)據(jù)包接收完畢后，它將首先通過包中的校驗碼進行驗證該包在傳送過程中是否出錯时簸。若出錯跋炕，它將發(fā)出“重發(fā)”命令給原發(fā)客戶端：若正確則進行相應(yīng)的處理。
2. 現(xiàn)場服務(wù)器與各類機床的通訊軟件開發(fā)原理
   針對各類機床與現(xiàn)場服務(wù)器的通訊土居，軟件開發(fā)的基本原理是：要將數(shù)控程序傳入數(shù)控機床，首先將數(shù)控程序轉(zhuǎn)換為機床能識別的代碼EIA碼或ISO碼嬉探，然后以數(shù)據(jù)包的方式讀入現(xiàn)場服務(wù)器內(nèi)存擦耀，再逐字節(jié)地向數(shù)控機床控制系統(tǒng)發(fā)送，同時計算機不停地監(jiān)測機床接口的狀態(tài)寄存器的狀態(tài)涩堤。從機床傳出數(shù)據(jù)眷蜓，通訊控制軟件總是從其程序代碼的末端開始至常規(guī)內(nèi)存的頂端(0A0000H)作為接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。

5 結(jié)論