1 需求分析

1. 傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床存在的問題
   傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)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凑溜、7M犯舆、HC-6、6MB等)柔些、AB公司系統(tǒng)壮僵、國(guó)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，二類為僅有紙帶閱讀機(jī)8/5單位并行口欺枚，三類同時(shí)包括前兩類接口敷主。這三類機(jī)床同時(shí)還存在同樣的問題就是：內(nèi)存容量較小，不適應(yīng)復(fù)雜氢觉、大型面幸亭、高精度、長(zhǎng)程序零件的加工：它們的對(duì)外接口能力差症概，沒有DNC功能蕾额，不能實(shí)現(xiàn)在線加工以及網(wǎng)絡(luò)控制等問題。
2. 希望的解決方案
   本著滿足最基本的應(yīng)用需求彼城、且留有一定的可擴(kuò)充性及性能提高的潛力的前提诅蝶，來改善數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用環(huán)境。就此提出了以下解決方案：機(jī)床通訊接口的硬件改造募壕，針對(duì)各類機(jī)床設(shè)計(jì)相應(yīng)的通訊接口板卡：通訊控制軟件的開發(fā)调炬，以實(shí)現(xiàn)各機(jī)床的單機(jī)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语盈、數(shù)控程序圖形模擬、長(zhǎng)程序的在線加工等)缰泡，彌補(bǔ)和增強(qiáng)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)刀荒，實(shí)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(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由中央服務(wù)器棘钞、網(wǎng)絡(luò)接口缠借、雙向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器宜猜、1分N口并行數(shù)據(jù)收發(fā)器泼返、數(shù)據(jù)接收器以及經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床等組成。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成示意圖見圖1寇杆。系統(tǒng)工作方式為客戶/服務(wù)器方式沥卦。
   

   圖1 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

   中央服務(wù)器是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中樞部分，它主要完成的是對(duì)各級(jí)服務(wù)器的整體控制构演。它采用后臺(tái)中斷工作模式辩钢，不需要人的干預(yù)，而且其前臺(tái)還可以進(jìn)行其他工作拔怜。
   現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器是客戶端吹兴，既擔(dān)任起數(shù)控服務(wù)器的功能，又具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能盏踢，它接受中央服務(wù)器下達(dá)的各項(xiàng)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)信息施揪，并把這些數(shù)據(jù)信息傳送到NC文件庫(kù)：將已加工過的數(shù)控程序反饋到中央服務(wù)器。能從系統(tǒng)的NC文件庫(kù)中提取相應(yīng)的數(shù)控代碼赐杏，并從中提取有關(guān)的加工零件數(shù)據(jù)和信息交某，對(duì)其進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)NC程序的圖形模擬等工作散骚。另外麻诀，對(duì)需用長(zhǎng)程序的零件加工，現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器還完成長(zhǎng)程序的在線加工任務(wù)傲醉。
   現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器可同時(shí)服務(wù)于多臺(tái)數(shù)控設(shè)備蝇闭，根據(jù)需要在車間一定的空間范圍內(nèi)(比如：一個(gè)小的工作間，一個(gè)小的局部區(qū)域)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬毕，放置一臺(tái)PC機(jī)作為現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器呻引，一臺(tái)服務(wù)器根據(jù)實(shí)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(tái)數(shù)控設(shè)備。
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)耐驴取Ｔ谟?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展上逻悠，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。OSI參考模型是ISO7498國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)韭脊。TCP/IP體系結(jié)構(gòu)是當(dāng)前流行的Internet網(wǎng)絡(luò)所使用的體系結(jié)構(gòu)童谒，盡管它不是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)单旁，但在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中卻占有非常重要的地位。這是因?yàn)殡m然OSI的體系結(jié)構(gòu)從理論上講比較完整饥伊，其各層協(xié)議也考慮得很周全象浑，但事實(shí)上，完全符合OSI各層協(xié)議的商用產(chǎn)品卻極少進(jìn)入市場(chǎng)歇盒，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足各種用戶的需求庸灶。然而使用TCP/IP協(xié)議的產(chǎn)品卻大量涌入市場(chǎng)腐熊，幾乎所有的工作站都配有TCP/IP協(xié)議韩丸，并已成為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，通稱“工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”冒瞎。為此查新，我們?cè)跀?shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)中，采用的是TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)洛怠，該體系把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為四層批先，即應(yīng)用層、傳輸層眉崩、網(wǎng)絡(luò)層和網(wǎng)絡(luò)接口層囤胯。
   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)，UDP為用戶提供進(jìn)程無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議徙蜓，數(shù)據(jù)包以獨(dú)立包的形式傳送蚪缚，服務(wù)不提供無(wú)錯(cuò)保證，數(shù)據(jù)可能丟失贫怀、重復(fù)或失序：數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度也受一次處理最大長(zhǎng)度的限制(默認(rèn)值為8192字節(jié)米苹，最大值為32768字節(jié))，不進(jìn)行包的拆分和重組操作：而TCP協(xié)議是一個(gè)可靠的全雙工的字節(jié)流的面向連接的協(xié)議砰琢，TCP和UDP相比傳輸可靠蘸嘶、數(shù)據(jù)無(wú)差錯(cuò)、無(wú)重復(fù)陪汽，可按發(fā)送順序接收训唱，數(shù)據(jù)為字節(jié)流，其長(zhǎng)度不受限制挚冤，為用戶提供虛電路服務(wù)况增，并為數(shù)據(jù)的可靠傳輸提供檢驗(yàn)。根據(jù)數(shù)控加工的特點(diǎn)你辣，盡管數(shù)據(jù)包在傳輸量小于2048個(gè)字節(jié)時(shí)UDP可靠性更好巡通，但數(shù)據(jù)包服務(wù)是單包、無(wú)序傳送舍哄，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(gè)字節(jié)宴凉，因此誊锭，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(diǎn)又要具備實(shí)時(shí)性蓄帐、可靠性以及數(shù)據(jù)傳輸量大等特點(diǎn)市砍。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(jìn)程之間傳輸?shù)男畔⒌奶厥夂x警钥。
3. 通訊協(xié)議的實(shí)現(xiàn)
   系統(tǒng)協(xié)議射疤，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(zhǔn)確、及時(shí)晒躺、有序地傳送信息倾桩，并能彼此毫無(wú)差錯(cuò)地對(duì)信息進(jìn)行語(yǔ)法分析和解釋。
   對(duì)于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)挑胯，其傳輸信息有自己獨(dú)特的含義眼骗。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(qǐng)求信息伪滤、數(shù)據(jù)信息和中央服務(wù)器端的狀態(tài)信息方秤。
   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)議中薇硬，這些信息都規(guī)定了相應(yīng)的格式規(guī)范益锻，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、維持和釋放啊终。加工控制信息由控制命令字镜豹、控制參數(shù)組成。網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議格式為：“cmd孕索，1byte命令代碼逛艰，1byte命令長(zhǎng)度，命令參數(shù)搞旭，4字節(jié)的校驗(yàn)碼(XC)”散怖。‘cmd’為命令引導(dǎo)碼肄渗，用以標(biāo)識(shí)命令的開始：‘命令長(zhǎng)度’只包括命令參數(shù)及校驗(yàn)碼的長(zhǎng)度镇眷。若無(wú)命令參數(shù)，則為4翎嫡，校驗(yàn)碼將無(wú)意義也不被檢驗(yàn)欠动，但還是必須發(fā)送。
   傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的末尾4字節(jié)為校驗(yàn)碼惑申。前3字節(jié)為該包的所有字節(jié)的和具伍，第4字節(jié)為所有字節(jié)的異或值。若發(fā)送過程中有數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤镇纳，則第4字節(jié)的校驗(yàn)碼一定不正確枉俗。因此咒娶，靠監(jiān)測(cè)第4字節(jié)校驗(yàn)碼來保證通訊數(shù)據(jù)的可靠性。

3 硬件設(shè)計(jì)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)器中业扒，其設(shè)計(jì)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(qǐng)求检吆、命令、信息等數(shù)據(jù)包程储。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)包接收完畢后蹭沛，它將首先通過包中的校驗(yàn)碼進(jìn)行驗(yàn)證該包在傳送過程中是否出錯(cuò)。若出錯(cuò)章鲤，它將發(fā)出“重發(fā)”命令給原發(fā)客戶端：若正確則進(jìn)行相應(yīng)的處理摊灭。
2. 現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器與各類機(jī)床的通訊軟件開發(fā)原理
   針對(duì)各類機(jī)床與現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器的通訊，軟件開發(fā)的基本原理是：要將數(shù)控程序傳入數(shù)控機(jī)床败徊，首先將數(shù)控程序轉(zhuǎn)換為機(jī)床能識(shí)別的代碼EIA碼或ISO碼帚呼，然后以數(shù)據(jù)包的方式讀入現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器內(nèi)存，再逐字節(jié)地向數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)發(fā)送侣豌，同時(shí)計(jì)算機(jī)不停地監(jiān)測(cè)機(jī)床接口的狀態(tài)寄存器的狀態(tài)皮向。從機(jī)床傳出數(shù)據(jù)，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)幼浩。

5 結(jié)論