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派阱、7M、HC-6斜纪、6MB等)贫母、AB公司系統(tǒng)、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串行口盒刚，二類為僅有紙帶閱讀機(jī)8/5單位并行口腺劣，三類同時包括前兩類接口。這三類機(jī)床同時還存在同樣的問題就是：內(nèi)存容量較小因块，不適應(yīng)復(fù)雜橘原、大型面、高精度涡上、長程序零件的加工：它們的對外接口能力差趾断，沒有DNC功能，不能實(shí)現(xiàn)在線加工以及網(wǎng)絡(luò)控制等問題吩愧。
2. 希望的解決方案
   本著滿足最基本的應(yīng)用需求芋酌、且留有一定的可擴(kuò)充性及性能提高的潛力的前提，來改善數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用環(huán)境慎瓮。就此提出了以下解決方案：機(jī)床通訊接口的硬件改造菜臣，針對各類機(jī)床設(shè)計相應(yīng)的通訊接口板卡：通訊控制軟件的開發(fā)，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捧法、數(shù)控程序圖形模擬萄天、長程序的在線加工等)，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)裹五，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)通訊举么。

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、網(wǎng)絡(luò)接口肪才、雙向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器考瘪、現(xiàn)場服務(wù)器、1分N口并行數(shù)據(jù)收發(fā)器网访、數(shù)據(jù)接收器以及經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床等組成悯歇。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成示意圖見圖1彪珠。系統(tǒng)工作方式為客戶/服務(wù)器方式。
   

   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)的中樞部分风捌，它主要完成的是對各級服務(wù)器的整體控制浸船。它采用后臺中斷工作模式，不需要人的干預(yù)寝蹈，而且其前臺還可以進(jìn)行其他工作李命。
   現(xiàn)場服務(wù)器是客戶端，既擔(dān)任起數(shù)控服務(wù)器的功能箫老，又具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能封字，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，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)器耍鬓。能從系統(tǒng)的NC文件庫中提取相應(yīng)的數(shù)控代碼阔籽，并從中提取有關(guān)的加工零件數(shù)據(jù)和信息，對其進(jìn)行處理牲蜀，實(shí)現(xiàn)NC程序的圖形模擬等工作笆制。另外，對需用長程序的零件加工涣达，現(xiàn)場服務(wù)器還完成長程序的在線加工任務(wù)在辆。
   現(xiàn)場服務(wù)器可同時服務(wù)于多臺數(shù)控設(shè)備，根據(jù)需要在車間一定的空間范圍內(nèi)(比如：一個小的工作間度苔，一個小的局部區(qū)域)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)匆篓，放置一臺PC機(jī)作為現(xiàn)場服務(wù)器，一臺服務(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)于多臺數(shù)控設(shè)備糠管。
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)拿罘Ｔ谟嬎銠C(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展上，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)模型罐葫。OSI 參考模型是ISO7498國際標(biāo)準(zhǔn)兵雪。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)，盡管它不是國際標(biāo)準(zhǔn)屋迄，但在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中卻占有非常重要的地位晒茁。這是因?yàn)殡m然OSI的體系結(jié)構(gòu)從理論上講比較完整，其各層協(xié)議也考慮得很周全答海，但事實(shí)上捷嘁，完全符合OSI各層協(xié)議的商用產(chǎn)品卻極少進(jìn)入市場，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足各種用戶的需求壁万。然而使用TCP/IP協(xié)議的產(chǎn)品卻大量涌入市場鳍彪，幾乎所有的工作站都配有TCP/IP協(xié)議，并已成為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，通稱“工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”刊愚。為此踊跟，我們在數(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)鸥诽，該體系把計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為四層商玫，即應(yīng)用層、傳輸層牡借、網(wǎng)絡(luò)層和網(wǎng)絡(luò)接口層拳昌。
   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)程無連接的數(shù)據(jù)報協(xié)議钠龙，數(shù)據(jù)包以獨(dú)立包的形式傳送炬藤，服務(wù)不提供無錯保證，數(shù)據(jù)可能丟失俊鱼、重復(fù)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(rèn)值為8192字節(jié)刻像，最大值為32768字節(jié))畅买，不進(jìn)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)議并闲，TCP和UDP相比傳輸可靠、數(shù)據(jù)無差錯谷羞、無重復(fù)帝火，可按發(fā)送順序接收，數(shù)據(jù)為字節(jié)流脯黎，其長度不受限制东镶，為用戶提供虛電路服務(wù)，并為數(shù)據(jù)的可靠傳輸提供檢驗(yàn)兵正。根據(jù)數(shù)控加工的特點(diǎn)橱墨，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，但數(shù)據(jù)包服務(wù)是單包窖硝、無序傳送捕砖，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)，因此邓晃，只能選用TCP作為系統(tǒng)的傳輸層協(xié)議泡快。
   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)時性、可靠性以及數(shù)據(jù)傳輸量大等特點(diǎn)纤票。本系統(tǒng)另行開發(fā)了基于TCP/IP協(xié)議族的相應(yīng)協(xié)議嗓钦，制定了應(yīng)用進(jìn)程之間傳輸?shù)男畔⒌奶厥夂x。
3. 通訊協(xié)議的實(shí)現(xiàn)
   系統(tǒng)協(xié)議猪攀，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)確溯饵、及時、有序地傳送信息锨用，并能彼此毫無差錯地對信息進(jìn)行語法分析和解釋丰刊。
   對于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)坡慌，其傳輸信息有自己獨(dú)特的含義。在客戶端和中央服務(wù)器間傳遞的信息藻三，主要有客戶端的請求信息洪橘、數(shù)據(jù)信息和中央服務(wù)器端的狀態(tài)信息。
   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)信息棵帽。
   在系統(tǒng)的協(xié)議中熄求，這些信息都規(guī)定了相應(yīng)的格式規(guī)范，客戶端的網(wǎng)絡(luò)控制信息主要用于與服務(wù)器連接的建立逗概、維持和釋放弟晚。加工控制信息由控制命令字、控制參數(shù)組成逾苫。網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議格式為：“cmd卿城，1byte命令代碼，1byte命令長度馅块，命令參數(shù)粟宣，4字節(jié)的校驗(yàn)碼(XC)”《终‘cmd’為命令引導(dǎo)碼辑揍，用以標(biāo)識命令的開始：‘命令長度’只包括命令參數(shù)及校驗(yàn)碼的長度。若無命令參數(shù)绊蚯，則為4讽歹，校驗(yàn)碼將無意義也不被檢驗(yàn)，但還是必須發(fā)送箭堆。
   傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的末尾4字節(jié)為校驗(yàn)碼几研。前3字節(jié)為該包的所有字節(jié)的和，第4字節(jié)為所有字節(jié)的異或值猿异。若發(fā)送過程中有數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤蚓夺，則第4字節(jié)的校驗(yàn)碼一定不正確。因此牍猫，靠監(jiān)測第4字節(jié)校驗(yàn)碼來保證通訊數(shù)據(jù)的可靠性骇另。

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)器中纷沽，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爵路、命令、信息等數(shù)據(jù)包讹唧。當(dāng)一個數(shù)據(jù)包接收完畢后你浸，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。若出錯哩啼，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)的處理莽裤。
2. 現(xiàn)場服務(wù)器與各類機(jī)床的通訊軟件開發(fā)原理
   針對各類機(jī)床與現(xiàn)場服務(wù)器的通訊拱缆，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)床馒易，首先將數(shù)控程序轉(zhuǎn)換為機(jī)床能識別的代碼EIA碼或ISO碼，然后以數(shù)據(jù)包的方式讀入現(xiàn)場服務(wù)器內(nèi)存谢奕，再逐字節(jié)地向數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)發(fā)送砖军，同時計算機(jī)不停地監(jiān)測機(jī)床接口的狀態(tài)寄存器的狀態(tài)。從機(jī)床傳出數(shù)據(jù)遍送，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)蒋令。

5 結(jié)論