在DNC通信系統(tǒng)中串行通信技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)控制計算機與各數(shù)控機床相距較遠(yuǎn)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?？刂葡到y(tǒng)中常用的串行通信一般采用RS-232C串行總線標(biāo)準(zhǔn)。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(biāo)準(zhǔn)，目前已廣泛應(yīng)用到了計算機系統(tǒng)中外圍設(shè)備與主機的連接中。

    但是RS-232C應(yīng)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(fù)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(jié)在一起，RS-232C應(yīng)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(hù)地，通信中，雙方的信號地需連在一起，但是屏蔽保護(hù)地卻不一定允許接在一起，同時DTE的信號地與屏蔽保護(hù)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(biāo)準(zhǔn)，也叫雙端接口電氣標(biāo)準(zhǔn)或平衡傳輸電氣標(biāo)準(zhǔn)。RS-422/485與RS-232C的關(guān)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(qū)動，其信號放大倍數(shù)高，信號傳輸距離遠(yuǎn)。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(yuǎn)遠(yuǎn)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(dá)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(zhuǎn)發(fā)器（串口長線收發(fā)器FC232）。

    在此基礎(chǔ)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(luò)結(jié)構(gòu)，并對該結(jié)構(gòu)中的DNC數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的描述。

1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

圖1所示為DNC數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。整個DNC數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由管理層和設(shè)備層組成，管理層由1臺計算機、RS-232C通訊擴展卡/板及有關(guān)外圍設(shè)備組成，用來完成零件NC程序的管理和傳送等功能。設(shè)備層由數(shù)控機床和相應(yīng)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(luò)結(jié)構(gòu)

有兩點需要注意的是，（1）當(dāng)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(dāng)DNC主機與數(shù)控機床通訊距離較遠(yuǎn)時（超過15ｍ），使用標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C電纜就不能進(jìn)行有效的通訊了。另外，通訊雙方設(shè)備使用電纜直通連接，在兩端設(shè)備不共地或引入處有電源干擾時，往往會毀壞設(shè)備接口。本系統(tǒng)采用RS-232長距光隔轉(zhuǎn)發(fā)器（串口長線收發(fā)器FC232，成對使用）來解決10Km以內(nèi)距離的RS-232設(shè)備間通訊時的延長距離和保護(hù)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(biāo)準(zhǔn)，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(fù)責(zé)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(fù)責(zé)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(yīng)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(guān)鍵技術(shù)

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(guān)鍵在于串口屬性的設(shè)置和各設(shè)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(shè)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(shè)置：TVON = 0；ISO = 1；I/O = 0；波特率設(shè)置參考0552參數(shù)；停止位設(shè)置參考0002參數(shù)的最后一位即STP（1為2，0為1），默認(rèn)為2；奇偶校驗位設(shè)置為EVEN；數(shù)據(jù)位設(shè)置為7。如果設(shè)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(shè)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(jié)束語

串行通信技術(shù)已在DNC通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，其關(guān)鍵技術(shù)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(jié)構(gòu)簡單、運行快速、工作穩(wěn)定等特點，易于實施，對促進(jìn)DNC技術(shù)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(yīng)用，并取得了良好的應(yīng)用效果。