两种数控机床网络DNC结构比较 - 文章

两种数控机床网络DNC结构比较

作者：周本华杨华馥

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目前，在制造企业生产中经常使用单台PC对应单台机床和单台PC对应多台机床的两种结构的数控机床网络DNC，本文通过详细地比较它们的优缺点，说明单台PC对应多台机床应是数控机床网络DNC的最佳结构。

一、概述

随着数控技术使用的不断深入，计算机技术、网络技术的不断发展，人们越来越多地使用这些高新技术来提高自己的生产效率，采用网络技术来管理数控机床也就成为必然。数控机床网络DNC技术在我国经过二十多年的发展，也经历了从纸带到单机，再到简单网络，最后发展成为高级网络的艰苦历程。纸带方式已经基本完全抛弃；在机床数量较少时，有些用户还在使用单机通讯模式；当机床数量发展到一定数量时，机床用户一般都采用了网络DNC的方式，但是，通过大量的调查，我们发现，我国数控机床的网络DNC目前主要存在着两种结构，一种是采用单台计算机对应单台机床的方式，这些计算机再通过局域网联结，其结构如图1所示；另一种是采用单台计算机对应多台机床的方式，其结构如图2所示。(这里主要讨论RS232模式的网络通讯，不考虑机床以太网络和总线方式的通讯)。虽然这两种模式在技术层面上相差悬殊，但据我们所知，采用单对单模式的用户还是相当多的，“存在就是合理的”，为此，我们还是在下面就这两种结构的DNC作一详细的比较分析说明，以供广大机床用户参考。

图1 单机对单机模式

图2 单机对多机模式

二、单机对单机网络优缺点说明

单机对单机模式是早期数控机床网络DNC(主要是在九十年代初)的普遍采用的方式，基本相当于单机通讯模式，只是在单机通讯的基础上将计算机进行了联网。当时计算机技术和网络技术，特别是串口通讯技术不是很发达，在软件和硬件等方面都无法解决单台PC满足多台机床同时进行DNC加工的要求，采用单台PC控制单台机床就是很自然的设想。其优缺点如下：

优点：

1. 单独控制，互不干扰：单台计算机出现故障不会影响其它机器的运行，而且由于PC资源有冗余，可以暂时用其它机床的PC替换出现故障的PC，显然此模式有利于系统的稳定运行。

2. 网络结构简单：只是简单的局域网络，有利于系统的维护。

3. 软件要求简单：对于功能要求比较简单的用户来说只需简单的单机版通讯程序即可，无需复杂的网络版通讯程序。采用这种模式的很多用户使用V24，PC-IN，PCOMM，或其它单机版软件。

4. 系统建设成本低：由于每台机床只需配一台计算机，软件基本可以免费，水平相对高一些的厂家还可以自行网络布线施工、系统安装，故费用较低。

缺点：

1. 计算机布置比较分散，不易管理。特别是在当今计算机病毒比较泛滥的时代，一时管理的疏忽都可能造成整个网络的瘫痪。还有些管理不善的车间中出现操作工人利用计算机玩游戏的现象。有些厂家为了解决这一问题，往往采用将计算机软驱、光驱都去掉的做法，虽然能抑制病毒的发生，但毕竟是一种削足适履的做法。

2. 普通计算机长期处在加工工作环境中会造成其使用寿命的降低，特别是在加工环境中，粉尘较多，电压波动较大，电子干扰较强，计算机的外设，如软驱、光驱、鼠标等设备的使用又非常频繁，更加速了这些外设的损坏。如果换成工控机的话虽可以减少这些方面的影响，但又会使系统成本大幅度提高。

3. 系统升级维护困难：一般来说，PC机的使用寿命在3-5年左右，一旦到了PC机更新换代的年限，车间内的所有PC机都要更换，这就相当于DNC网络系统重建，代价是相当昂贵的。

4. 生产现场放置计算机数量太多，占用了大量的宝贵车间面积，给车间生产现场的安排布置带来麻烦。

5. 有些用户为了省钱，两台或多台机床共用一台计算机，这就等于完全退回到单机通讯状态，串口需要经常插拔，增加了串口损坏的可能性，也不利于多台机床的同时服务需求。

6. 单机版软件兼容性差：由于是采用的免费的单机版软件，各种CNC系统间并不完全兼容，各种CNC系统采用不同的通讯软件，给车间操作者带来很多麻烦。

7. 单机版软件功能太简单，不利于系统扩充：大多数用户所使用的单机版软件都是象V24之类的免费软件，功能非常简单，只能满足程序通讯的需求，还需要PC端和CNC端两头呼应，虽然一般在此结构模式下PC和CNC相距很近，但总归不是很方便，还有很多的功能是无法通过简单的单机通讯软件所能完成的(这些功能将在下面章节中详细说明)。

8. 程序管理为开放式的，无法进行规范化的管理，也不利于技术保密。

9. 系统的集成度太低：各单台计算机负责单台CNC的程序管理，PC之间最多只能通过局域网络来共享文件，还有大量的软、硬件资源无法达到共享，实际上就是资源的浪费。

三、多机网络优缺点说明

随着串口通讯技术不断发展，九十年代中期，市场上开始出现了稳定可靠的多路串口通讯设备出售，再加上计算机的CPU速度大幅度提高，WINDOWS95在多线程方面的完善支持，在软硬件方面已经可以完善地解决单台PC满足多台机床同时进行DNC加工的要求，于是数控机床网络技术就发展了由单台计算机来控制多台机床的通讯模式，并且以此为基点，各DNC开发商开发了很多其它更加完善的DNC功能。其优缺点如下：

优点：

1. 系统高度集成化管理：由单台PC就完全替代了以前的数十台PC的工作，既免去了管理车间众多计算机之苦，又省去了车间放置众多计算机所带来的麻烦，还使所使用的软硬件资源得到最大程度的共享。

2. PC运行环境良好：由于采用了客户/服务器网络模式，将作为服务器的唯一主PC机可以放在环境相对良好的办公室中，避免了PC机在车间加工环境中的恶劣考验，保护了企业核心信息资源，延长了机器的使用寿命，增强了系统的稳定可靠性。

3. 软件兼容性高：由于是采用了一套网络版DNC系统，它能适应多种系统的通讯需求，车间操作工人只要能操作机床的通讯过程即可，不需要熟悉各种系统的特殊约定，操作简单扼要。

4. 可以对加工文件，如NC程序、机床参数、刀补参数等进行规范化的流程化管理，提高企业管理水平。

5. 网络版软件功能强大：既然是网络版，它就具备除单机版通讯程序的基本功能外，还能满足车间多台机床的各种方式下的多种通讯需求，同时还能适应车间生产的不断发展变化。现简单地将网络版DNC软件的功能列举如下：

1) NC程序的双向传输：所有数控设备实施联网集中管理，利用网络可进行多台机床同时NC程序的双向传输和DNC加工，从而实现NC程序的海量存储、集成化管理。

2) 客户/服务器结构：将每台数控机床定义为客户端设备，利用数控系统自身的RS－232接口和通讯功能（对数控系统无任何改动），操作工可在数控机床端进行数据的双向传输以及访问管理服务器端数据的全部操作，服务器端对数控端的操作请求自动进行相关处理而无需人为干预。

3) 数量与距离：每台计算机最多能管理256台数控机床，通讯距离最远可达到2公里。

4) 通讯协议：系统支持多种通讯方式(RS232/422/485、TCP/IP)，适应各种机床的通讯要求。

5) 程序的格式化处理：具有针对不同机床控制系统对加工程序进行处理的能力，即在传输中，可对程序头、特殊控制字符等进行替换、增加、删减。

6) 交互式事件响应机制：数控端的每一项操作都会有反馈消息，即无论操作是否正确，操作工在数控设备端都能够得到提示信息。

7) 数据共享：操作工可在本地数控设备访问其它数控设备，方便零件的转移加工。当某台数控机床需要其它类型相同的数控机床上的NC程序时，通过修改上传文件中对数控机床的编号即可实现，同样,当工艺人员编好加工程序后，只需将程序文件放到指定机床目录或虚拟机床目录，工人在加工时即可到指定目录下载。

8) 查询与下载：在NC程序中按规定书写注释字符，则此NC程序从数控机床端上传到服务器时，计算机将自动将此文件按注释符的内容进行处理。

9) DNC在线加工：全客户端模式的DNC在线加工，使DNC加工的启动、进入、退出、中断、断点续传等功能全部在数控机床端实现，而外部子程序调用、行号重置、断点智能连接等全部融入到系统当中，无需人工干预。

10) 信息采集：通过数控系统I/O变量输出功能(对没有I/O变量输出功能的数控系统，通过报表输出方式)实现机床加工信息的实时采集。

11) 网络平台：通过DNC网络平台，实现刀具参数信息、设备故障信息、工艺信息、生产任务信息加工的网络化管理。

上面所列举的功能是单机版DNC软件所没有的。

缺点：

1) 集成度太高：集成化管理也是一柄双面刃，一方面集成化管理确实能给我们带来效益，是我们的追求目标，但过度的集成则可能给系统的稳定可靠性带来隐患，一旦PC服务器主机瘫痪，则整个机床网络DNC也就瘫痪，从而给车间生产带来不可估量的损失。这也正如“将鸡蛋放在一个篮子中保险还是放在多个篮子中保险”的原理一样。为了弥补这种单服务器可能有的隐患，我们又设计了一种网络冗余主/从机自动切换模式，在一般情况下主机主管多台数控系统DNC，从机监视主机状态，一旦主机发生意外而瘫痪，从机自动接管多台数控系统DNC，不影响车间加工生产，当主机恢复正常工作后，从机又自动交回DNC控制权。

2) 系统造价较高：虽然在硬件的投入方面减少了，但这种模式下主要投资在软件上，一般联一台机床在5000-10000元左右，稍高于一台普通PC机的价格。但从系统的性价比来看，采用此模式有是很划算的，并且此模式下系统升级维护费用并不高，最多就是换掉一台PC主机，还有就是软件升级费用，目前大多数DNC供应对于软件升级的费用是比较优惠的，细小的维护基本免费，除非有重大模式的修改可能会考虑一些费用，但其额度也是有限的。

四、总结说明

综上所述，相对于单机对单机模式来说，单机对多机DNC模式除了在系统稳定可靠性上稍有疑问外，其它各方面都表现良好。我们认为，在目前技术条件下，采用单台PC管理多台机床DNC是数控机床网络DNC的最佳模式。事实上，目前新建数控机床网络DNC的用户基本都不会再考虑采用单对单模式,而很多以前采用单对单模式的用户都强烈要求采用单对多模式来改造他们的机床网络DNC。当然，也还有很多已经采用单对单模式的用户还在继续使用着固有模式，在下以为这主要由于资金和项目两方面的原因，当这些用户有了进一步的高级需求和合适的项目时，采用单对多模式来改造他们的机床网络DNC将是这些用户的必然选择。正是：江山代有人才出，总将新桃换旧符！ (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/13/2004)


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