串行通信技術在DNC通信系統(tǒng)中的應用

當控制計算機與各數(shù)控機床相距較遠時，一般采用串行通信方式而不采用并行通信方式。這是因為并行通信系統(tǒng)的造價較高、眾多的連線不僅容易引入干擾，也容易發(fā)生線路故障。控制系統(tǒng)中常用的串行通信一般采用RS-232C串行總線標準。RS-232C是電子工業(yè)協(xié)會(EIA)推薦的一種普及型異步通信總線標準，目前已廣泛應用到了計算機系統(tǒng)中外圍設備與主機的連接中。

但是RS-232C應用于計算機系統(tǒng)時存在如下問題：

(1)傳送距離過近：由于受負載電容容許值的限制，其傳送距離一般不得超過15M;

(2)電平偏移：由于信號地公用且通信雙方的信號地需連結在一起，RS-232C應用于長距離通信時信號地線上會存在較大的電流，使得電平發(fā)生偏移，容易造成傳輸錯誤;

(3)潛在的接地問題：RS-232C總線有一個信號地和一個屏蔽保護地，通信中，雙方的信號地需連在一起，但是屏蔽保護地卻不一定允許接在一起，同時DTE的信號地與屏蔽保護地之間又不一定絕緣，這就存在一個潛在的接地問題，使得系統(tǒng)的抗干擾能力較差。

為了擴大串行通信的有效傳輸距離，提高通信傳輸速率，增強抗干擾能力，EIA制定了RS-422/485串行總線通信標準，也叫雙端接口電氣標準或平衡傳輸電氣標準。RS-422/485與RS-232C的關鍵不同之處在于將單端輸入改為雙端差分輸入，信號地不再共用，通信雙方的信號地不再連在一起。

RS-422/485的優(yōu)點在于：

(1)采用雙端差分輸入，總線的抗干擾能力強;

(2)互連雙方的信號地分立，兩條信號線形成回路，避免了電平偏移，同時也避免了RS-232C中的潛在接地問題;

(3)輸出端采用雙端平衡驅動，其信號放大倍數(shù)高，信號傳輸距離遠。RS-422支持全雙工串行通信，RS-485支持半雙工串行通信。

在本文涉及的DNC(Direct Numerical Control or Distributed Numerical Control)信息系統(tǒng)中，由于每個生產(chǎn)單元的數(shù)控機床數(shù)目都遠遠超過計算機所配置的串口數(shù)(一般為兩個)，因此在本系統(tǒng)采用了臺灣MOXA公司生產(chǎn)的C320Turbo/PCI型多串口卡/板，以達到擴展串口的目的。同時為了擴大通信的有效傳輸距離，本系統(tǒng)采用了RS-232長距光隔轉發(fā)器(串口長線收發(fā)器FC232)。

在此基礎上，本文提出了一種滿足企業(yè)生產(chǎn)需求的數(shù)控機床數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構，并對該結構中的DNC數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)進行了詳細的描述。

1 系統(tǒng)網(wǎng)絡體系結構

圖1所示為DNC數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)絡體系結構。整個DNC數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由管理層和設備層組成，管理層由1臺計算機、RS-232C通訊擴展卡/板及有關外圍設備組成，用來完成零件NC程序的管理和傳送等功能。設備層由數(shù)控機床和相應通訊接口組成，其中通信接口具有雙向傳送功能，實現(xiàn)NC程序或者控制程序的雙向傳輸。DNC系統(tǒng)除了常規(guī)的NC程序上/下載外，還能較好滿足邊加工邊傳遞NC程序的要求。

1 系統(tǒng)網(wǎng)絡結構

有兩點需要注意的是，(1)當所要控制和通信的數(shù)控機床數(shù)超過DNC主機自配置的串口時，將會帶來一定的不便。本系統(tǒng)采用MOXA Intellio C320Turbo/PCI多串口卡(C32010T/PCI)和多串口擴展板(C32047T)來實現(xiàn)串口擴展的問題;(2)當DNC主機與數(shù)控機床通訊距離較遠時(超過15m)，使用標準的RS-232C電纜就不能進行有效的通訊了。另外，通訊雙方設備使用電纜直通連接，在兩端設備不共地或引入處有電源干擾時，往往會毀壞設備接口。本系統(tǒng)采用RS-232長距光隔轉發(fā)器(串口長線收發(fā)器FC232，成對使用)來解決10Km以內距離的RS-232設備間通訊時的延長距離和保護接口問題，其中FC232可以直接插在C32047T上，圖中的線起的是示意作用。由于FC232可直接插于RS-232接口上，不需外接電源，兼容RS-232接口軟件編程標準，這也給工程人員施工帶來方便。

2 系統(tǒng)串行通信的實現(xiàn)

2.1 NC程序控制工作流程

NC控制系統(tǒng)工作流程如圖2所示：

在DNC串口通信程序中，串口擁有自己獨立的線程，這些線程包括串口信號監(jiān)視線程、串口數(shù)據(jù)接收線程和串口數(shù)據(jù)發(fā)送線程。其中主線程主要負責處理NC加工程序編輯、通信協(xié)議數(shù)據(jù)庫、界面信息等，而輔助線程負責監(jiān)視串口信號、串口數(shù)據(jù)接收和串口數(shù)據(jù)發(fā)送。用主線程來專門處理信息，使程序能迅速響應命令和其他事件，用輔助線程來完成費時的工作，這樣可以避免由主線程處理這些工作時阻塞程序信息的處理。DNC計算機與數(shù)控機床通信的具體過程如圖3。

2.2 功能實現(xiàn)的關鍵技術

數(shù)據(jù)通信功能實現(xiàn)主要依賴于串口的連接，而連接與否的關鍵在于串口屬性的設置和各設備之間的連接方式。由于各數(shù)控機床的通信協(xié)議存在著差異，這就使得在設置通信串口屬性時與機床的配置一致。以FANUC-0T為例，該機床參數(shù)設置：TVON = 0;ISO = 1;I/O = 0;波特率設置參考0552參數(shù);停止位設置參考0002參數(shù)的最后一位即STP(1為2，0為1)，默認為2;奇偶校驗位設置為EVEN;數(shù)據(jù)位設置為7。如果設置有誤將會造成通信錯誤或數(shù)據(jù)傳輸失真。

同樣，各數(shù)控機床通信協(xié)議的不同，使得各設備間的連接方式也就不同，也就是說各串口之間的連線方法要有所不同，這里由于篇幅原因就不再贅述。

3 結束語

串行通信技術已在DNC通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，其關鍵技術將主要圍繞提高NC程序傳送的正確性、快速性;減少信號干撓，提高可靠性等方面。使用VC語言編制的本DNC信息系統(tǒng)，實現(xiàn)制造過程的NC數(shù)據(jù)傳輸，該系統(tǒng)具有結構簡單、運行快速、工作穩(wěn)定等特點，易于實施，對促進DNC技術的發(fā)展具有積極的意義。本文所述的DNC信息系統(tǒng)已在實際中得到了應用，并取得了良好的應用效果。