JCSDNC：数控车间综合数据交换平台 - 文章

JCSDNC：数控车间综合数据交换平台

作者：北京机床所精密机电有限公司唐华

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本文介绍采用北京机床研究所新一代的DNC网络系统JCSDNC进行数控机床的联网，并构建一个车间生产现场综合数据交换平台。JCSDNC的应用可以最大限度地压缩辅助工时、基本消除数控机床的待机和停机时间，从而改善机床的利用率。JCSDNC可以解决不同种类、不同年代、不同品牌的数控设备的联网集成，是消除“信息孤岛”实现企业信息化建设中生产过程数字化的有效的工具。

前言

传统的DNC网络（1980年ISO2806）“Direct Numerical Control（直接数控）”其含义为：此系统使一群数控机床与公用零件程序或加工程序存储器发生联系，一旦提出请求，它立即把数据分配给有关机床。

1994年颁布的新的DNC国际标准ISO2806对DNC定义为“Distributed Numerical Control（分布式数控）”，其含义为：在生产管理计算机和多个数控系统之间分配数据的分级系统。

仅满足此程序传输和管理的为传统意义上的DNC软件。新一代的DNC软件增加了生产类数据的交换和工况数据的采集，使DNC网络发展成为车间数据交换平台。

第一章数控车间综合数据交换平台构成

数控车间网络管理系统中的信息流如图1-1所示。车间正常生产所需要的数据包括CNC类数据、机床状态数据、现场工况数据、生产指令类数据。除了在数控设备和程序管理系统之间双向传送NC程序、刀具补偿文件、数控系统参数；生产管理系统的正常运行还需要实现生产任务的下发、设备状态、任务完工等生产现场的数据采集，为车间生产管理系统的正常运行提供反馈。

图1-1数控车间网络管理统中的信息流

采用北京机床研究所新一代的DNC网络系统JCS DNC（V3.0）进行数控机床的联网，并构建一个车间生产现场综合数据交换平台。JCSDNC综合数据交互平台采用RS232/485、Ethernet联接车间的数控设备，通过以太网与CAD/CAM、刀具管理系统、生产管理系统联接。“车间综合数据交换平台（JCSDNC）”在传统的DNC通讯网络上增加了设备状态采集、车间工况数据采集和生产数据交换功能。其数据采集软件、工况数据采集器可以最大程度地采集满足生产管理所需的工况数据，实现生产、管理所需的数据、工夹具装备等资源信息的共享。

JCSDNC的应用可以最大限度地压缩辅助工时、基本消除数控机床的待机和停机时间，从而改善机床的利用率。JCSDNC可以解决不同种类、不同年代、不同品牌的数控设备的联网集成，是消除“信息孤岛”实现企业信息化建设中生产过程数字化的有效的工具。

JCSDNC的功能框图如图1-2所示。

第二章　数控机床DNC网络与工况数据采集系统

1、特点

1.1 具备传统DNC软件的优点

JCSDNC具有传统意义DNC网络的下列优点：

* 联机能力强
完全满足不同年代、不同品牌控制系统联网的需要。

* 可扩展性好
联机数量可扩展至256台

采用串口/以太网服务器将具有RS232/422/485接口的数控设备直接联接到车间局域网上。支持采用TCP/IP标准具有Ethernet接口功能的数控设备。车间内联网设备增加后只需要简单地扩展局域网节点数就能很方便地将新增设备联网。

* 管理简便
全中文的操作界面，便于软件系统的端口参数配置、程序管理、传输状态监视、历史记录的查询。

* 传程方便
远程调用功能使得生产中所需要的加工程序、刀具参数的传输只需要在机床侧操作就能完成。可以在机床侧完成传输履历的查询，以便了解传输是否正确。

* 实用的辅助功能
实现数控文件比较、编辑、轨迹仿真

* 灵活的在线加工功能
支持多机床同时进行DNC加工，实现断点续传

* 程序数据库管理
数控程序存放在数据库中，具有权限的使用人员才能查看程序内容。避免了程序以文件方式管理出现的易拷贝易失密的可能性。方便程序与零件号、工序号（工艺文件）、编程人员信息等关联管理。

* 程序流程管理
按照程序所处的不同阶段，将入库程序标记成编辑、调试、锁定（回传）和定型四种状态。实现程序的生命周期管理

* 用户权限管理
允许设置多个具有不同权利的系统管理员和用户。
系统管理员：系统参数配置、用户权限设置
程序员：程序编辑、入库
作业调度：安排作业所需要的数控程序到指定机床程序准备区
程序主管：程序所处状态解锁和改变

1.2 具有丰富的数据采集功能
JCSDNC在传统的DNC通讯网络上增加了车间工况数据采集、设备状态采集和生产数据交换功能后发展成为新一代的DNC网络系统——一个具有更强大功能的生产现场数据交换平台。其数据采集软件、工况数据采集器可以最大程度地采集满足生产管理所需的工况数据，实现生产、管理所需的数据、工夹具装备等资源信息的共享。

1.3 具有作业安排与安全的数控程序保密措施
JCSDNC设计有作业调度模块，由具有权限的管理者安排作业所需要的数控程序到指定机床的程序传输准备区。从机床侧只能获得必要的加工程序信息，而不能随意地获取数据库中的程序，因此减少了程序泄密的漏洞。

1.4 集成性好
JCSDNC是自有版权自主开发的软件，可以根据用户的特殊需要进行定制。DNC与生产管理软件的集成是必然的趋势，JCSDNC技术团队具有丰富的与工厂应用软件集成的接口的开发经验，您不需要为将来是否能集成而担心。

2、联网方案

2.1 采用单串口服务器构建DNC网络

在每台数控设备上安装一台单串口设备服务器，将串行接口直接转换成以太网口，实现任意数控设备与以太网的联接，在企业局域网内的任意一台计算机都可以直接控制该网络的任意一台机床。网络结构如图2-1所示。

我们推荐采用MOXA公司生产的DE211、DE311、NPORT5110等高可靠性的单串口服务器产品。

此方案的优点是：

* 灵活性好，机床设备可以按照需要任意分组，由不同的计算机控制不同数量的机床。
* 可靠性高，采用星型连接方式构建的DNC网络，即便单串口服务器出现故障，影响的只是一台设备。

2.2 采用多串口服务器构建DNC网络

这种方案的特点是采用一台多串口设备服务器实现对多台数控设备的联接。在企业局域网内的任意一台计算机都可以直接控制该网络的任意一台机床。网络结构如图2-2所示。

图2-2 采用多串口服务器构建DNC网络系统

我们推荐采用MOXA公司生产的NPORT2508(8个串口)或 NPORT2516(16个串口)等高可靠性的单串口服务器产品。

此方案的优点是：
* 网络构建成本较低。
* 灵活性好，机床设备可以按照需要任意分组，由不同的计算机控制不同数量的机床。
* 采用光电隔离器连接机床的串口，将RS232信号转变成电流环信号传输。能够对机床地和网络地实现有效的电隔离，防止电磁干扰。大大增加了传输距离，达2000米。

2.3 采用JCSDNC软件进行数控设备的网络控制管理与工况数据的采集

JCSDNC软件组成包括：

* NCBase 数控程序库（Acess数据库，文件版本管理、备注生成）
* PowerDNC DNC网络服务器模块（实现设备分组、参数设置、动态监控和用户管理）
* PowerDA 机床通讯监控和车间数据采集功能（DNC、工况数据采集、远程查询等）
* PowerSFC 车间作业管理（将数控作业任务安排到指定的机床设备，机床按调度的安排完成作业）
* PowerEdit 数控程序编辑器（数控程序编辑、比较、仿真）
* PowerStat 生产效率统计模块（产量、机床利用率图与报表）

3、软硬件环境

3.1 操作系统
* WINDOWS2000/XP/NT

3.2 计算机
* P4 2.4G/HDD80G /256M/17”LCD/10-100M网卡以上配置

3.3 局域网
* 10/100 T base网络

4、功能模块说明

4.1 NCBase 数控程序库与程序流程管理

（1）数控程序库

可以对程序号、图号、零件代号、机床、用户名称、更改日期等信息进行管理，甚至包括程序注释、刀具清单、相关图片等。可以方便地实现对程序的信息查询、管理与调用。该模块的应用使得用户建立起一个小型的产品文件数据库PDM（Product Document Data Management）

该模块安装在DNC主机上或服务器上，用户可以根据编程人数及使用频次自己选定数据库客户端的数量。

（2）数控程序流程管理

程序的四个状态

* 编辑——程序分处各编程软件指定的文件夹中，由程序员加载至NCBASE时关联信息包括：程序号，程序名，程序文本，零件号，零件名称，工艺文件名称，工序号，工步号，编写者，编写日期，刀具表，零件图片
* 试切——处在试切验证阶段的程序
* 锁定——试切无误从机床回传到计算机中的程序
* 定型——审核定型归档的程序

程序流程管理

基于以上流程，编程人员（有编辑修改的权限）编好的程序在完成修改、仿真校验等工作后加载入NCbase数据库试切验证区，同时填表完成NC程序关联信息的输入，此时程序处于编辑状态。

经编程主管（有解锁的权限）审核同意后，将程序改成调试状态，此后可发送到机床试切，也可以从机床的控制面板上远程调用程序。

试切验证和调试无错误的程序经程序主管的同意后发回到NCbase数据库的锁定区，此时程序状态为锁定。

经过技术主管（有批准的权限）审核无误后，正式进入数据库定型归档，程序变成只读属性，以后不能再修改了（只有个别有权限的人可改）。

4.2PowerDNC DNC网络服务器

DNC网络服务器实现设备分组、参数设置、动态监控、用户权限等功能。

4.3 PowerDA 机床通讯监控模块和工况数据采集功能

4.3.1机床通讯监控模块

这是JCSDNC的核心模块，用于实现程序、参数传输、工况数据采集、远程查询等。

该模块安装在DNC主机上，根据联网机床的数量配置。

4.3.2工况数据采集功能　

PowerDA工况数据采集功能模块安装在DNC主机上，根据联网机床的数量配置。JCSDNC具有多种数据采集方法，全面解决车间环境中的数控与非数控加工设备、检测、装配设备的工况数据采集。

（1）宏功能自动采集

利用PowerEdit 的NC程序宏功能后置处理技术将数控程序处理成能够实现工况数据采集的程序，能解决量大面广的FANUC系列数控设备的数据采集。

实现下列数据的采集：

* 当前程序名（零件名称）、
* 加工开始时间、
* 加工结束时间、
* 主轴转速、
* 进给速度、
* 当前刀具号…

（2）特殊状态程序及时汇报工况

在加工程序运行前和加工程序运行结束后分别将代表“加工开始”和“加工结束”的汇报程序发送给DNC系统主机。此方法适合于所有串口工作正常的数控设备的信息采集。

实现下列数据的采集：

* 当前程序名（零件名称）、
* 加工开始时间、
* 加工结束时间…

（3）工况数据采集器详尽快速采集

工况数据采集器是一种安装在数控机床上的现场数据终端。全字符键盘，液晶显示。实现机床侧的程序传送请求和通讯状态监视、现场数据的采集汇报功能。

工况数据采集器具有统一的操作界面、操作简单，适用于所有的数控设备和非数控设备（包括生产现场的检测设备等）。

工况数据采集器实现人工采集和汇报生产现场数据（99种自定义功能，可以根据需要自行约定）。

工况数据采集器完成下列数据的采集：

* 当前加工零件号、
* 设备状态（加工中、空闲、故障）、
* 刀具准备情况、
* 质量检查结果、
* 任务完成情况…

4.4 PowerSFC 车间作业管理

车间作业管理模块PowerSFC完成任务录入、下达功能。

数控机床的作业者根据安排的任务获取相关的数控程序、刀具参数后开始加工。调度人员可以对加工任务队列作任务启动、暂停和顺序调整等作业安排。

4.5 PowerEdit 数控程序编辑器和轨迹仿真

* 使用PowerEdit可以方便地实现数控程序的手工修改、注释添加、行号管理、T/S/F代码的查找。
* 可以方便地为数控程序做数据采集的宏功能后置处理，经处理的程序在实际加工中可以自动地向DNC主机发出当前机床的加工情况数据。
* 可以快速方便地比较并标出两个数控程序的不同和语法检查。
* 简单易用的三维刀具轨迹模拟。

4.6PowerStat 生产效率统计模块（产量、机床利用率图与报表）

JCSDNC 的PowerStat生产效率统计模块利用DNC网络采集到的各种工况数据进行车间生产任务完成情况、机床利用率的统计，可以输出多种图、表，替代大量的手工劳动。

（1）机床有效利用率

2）加工业绩统计详表

5、使用效果

实际的应用表明，随着联网机床数量与零件种类、更换频次的增加，可以显著降低通讯接口故障率。通讯操作简单，程序准备、传输效率高，压缩了生产准备时间，提高了机床的有效利用率。数控程序数据库管理、海量存储、网络备份，数据安全有保障，大大提高管理管理效率和规范性。

有关人员的体会如下

* 机床操作工：原来手工编程、输入程序占用大量的时间，使用JCSDNC后既省时又省力
* 工艺编程员：再也不用跑来跑去传程序了，主要精力放在了提高程序质量上
* 车间管理者：程序管理规范了，生产准备时间大大缩短
* 设备管理员：再也不但心通讯接口烧毁了，还有了NC参数备份，系统恢复快速方便
* 老板：消除了信息孤岛、实现了信息集成；节约了开支、提高了工作效率。

作者：
北京机床所精密机电有限公司 http://www.jcsjm.com
地址：北京朝阳区望京路4号
邮码：100102
联系人：唐华 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/22/2005)


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