對經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床實(shí)行USB接口改造的實(shí)踐探索
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一、問題的提出
隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來，機(jī)械制造行業(yè)也面臨著如何適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化制造的問題。于是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和傳統(tǒng)的控制技術(shù)相結(jié)合，以采用PC為主控制器的數(shù)控系統(tǒng)正日益成為機(jī)械制造領(lǐng)域的熱點(diǎn)。PC化數(shù)控可以分為三種類型，下面我們分別予以介紹。
1. NC板插入型
這種數(shù)控系統(tǒng)是指將數(shù)控的核心功能板卡化，并將其插入PC的擴(kuò)展槽中。PC負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)用戶接口、文件管理以及通信等功能，NC板則負(fù)責(zé)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制和開關(guān)量控制。
2. 軟件CNC型
軟件CNC可以理解為用PC的概念和手段實(shí)現(xiàn)CNC的功能。這種CNC裝置的主體是PC機(jī)，充分利用了PC的不斷提高的計(jì)算速度、不斷擴(kuò)大的存儲(chǔ)量和性能不斷優(yōu)化的操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制中的運(yùn)動(dòng)軌跡控制和開關(guān)量邏輯控制。目前這一方案還有許多問題尚待解決，還停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段。
3. 將PC板嵌入CNC中
這是目前廣泛采用的數(shù)控系統(tǒng)。通過CNC上的前端接口與PC相連，這雖燃是一種折中的方案，但可以繼承原有的成熟的CNC技術(shù)，同時(shí)又得到了PC的柔性與開放性。
本文所討論的USB接口技術(shù)正是基于這種數(shù)控系統(tǒng)。這種連接數(shù)控設(shè)備與上位控制計(jì)算機(jī)的基本方法稱為DNC技術(shù)，是構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化制造的最基本的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)。我國早期的經(jīng)濟(jì)數(shù)控系統(tǒng)大多由單板機(jī)改裝而成，需外接一個(gè)DNC接口板才能實(shí)現(xiàn)基本的DNC（下傳NC程序）功能，如圖1所示。
圖1 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的基本DNC通信接口
(1)錄音接口，該接口為日本產(chǎn)老式經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的通信接口。
(2)紙帶閱讀機(jī)輸入接口和紙帶穿孔機(jī)輸出接口。早期引進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)通常具備該接口，如FANUC 7M系統(tǒng)。新開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)己基本淘汰了此接口，但我國企業(yè)中還有—定數(shù)量包含此接口的數(shù)控加工設(shè)備。
(3)異步串行通信接口，如RS232、R5422、R485等。這是應(yīng)用最普遍的一種通信接口，新開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)幾乎都包含此類接口，它采用XON/XOFF、3964R、簡化3964等通信協(xié)議。
(4)DNC接口，如FANUC DNC2接口，這種接口可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，具有出錯(cuò)反饋與在線實(shí)時(shí)修改功能，便于遠(yuǎn)程管理，但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通信軟件開發(fā)難度大，價(jià)格高，因此我國很少引進(jìn)。
(5)網(wǎng)絡(luò)通信接口，主要有MAP接口、以太網(wǎng)接口和現(xiàn)場總線接口等，這類接口通信速率高、可靠性高，新開發(fā)的開放式數(shù)控系統(tǒng)大多具有以太網(wǎng)接口選件、但我國引進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)中很少配備網(wǎng)絡(luò)通信接口。
(6)MAP網(wǎng)采用MAP2.1和MAP3.O制造自動(dòng)化協(xié)議，是目前應(yīng)用較廣泛的工業(yè)網(wǎng)，它將寬帶技術(shù)、總線技術(shù)和無源工作站融為一體，從而保證信息無錯(cuò)傳輸。但當(dāng)要求MAP實(shí)現(xiàn)與加工同步傳輸NC程序時(shí)，它很難達(dá)到實(shí)時(shí)性要求，這是由于MAP采用完整的七層協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)存取費(fèi)用高、傳輸效率低、實(shí)時(shí)性差，因此不適宜于數(shù)控加工設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)。
由上分析可知，異步串行通信接口RS232是最常用的數(shù)控系統(tǒng)通信接口，幾乎所有的數(shù)控系統(tǒng)都包含此接口。同樣，圖1中的DNC接口板也是采用的RS232接口的。在計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的今天，RS232接口在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域正在被一種新的USB接口所代替，從鍵盤、鼠標(biāo)到打印機(jī)、掃描儀，眾多基于USB的外設(shè)取代了昔日采用RS232接口的設(shè)備，那么在數(shù)控系統(tǒng)中，是否也可以采用這樣的一個(gè)新的USB接口技術(shù)呢？
DNC通信系統(tǒng)中，當(dāng)多臺(tái)數(shù)控加工設(shè)備同時(shí)加工某復(fù)雜零件時(shí)，由于NC程序龐大，數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)存無法存放整個(gè)NC程序，只能采取DNC傳輸方式加工，這就有可能出現(xiàn)數(shù)控加工設(shè)備因暫時(shí)缺乏NC程序而加工停頓的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為“通信競爭”。通信競爭在實(shí)際生產(chǎn)中往往會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，例如，汽車覆蓋件沖壓模具橫加工的中途停頓會(huì)造成覆蓋件局部“聚光”現(xiàn)象，從而直接影響沖壓零件質(zhì)量。
引起通信競爭的因素大致如下：
(1)參與聯(lián)網(wǎng)的數(shù)控加工設(shè)備的數(shù)量m，數(shù)量越多，引起通信競爭的可能性越大。
(2)現(xiàn)場總線傳輸速率、傳輸效率C和節(jié)點(diǎn)切換服務(wù)時(shí)間t。傳輸效率是指傳輸有效字節(jié)數(shù)占總傳輸字節(jié)的比例。
(3)各數(shù)控加工設(shè)備的通信傳播速率vi和傳輸效率ei(i=1～m)。vi通常為9600b/s，但復(fù)雜型面型腔精加工則要求認(rèn)達(dá)到19200b/s以上。
評(píng)論