840D网络化加工研究论文

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［摘要］分析了信息化社会给制造业带来的变化,以及对网络化制造的发展的推动。研究了网络化制造给设备层带来的变化,给出了设备层实现联网的三种类型,特别是通过以太网直接实现数控机床的联网。通过对西门子840d数控系统的联网软件Sincom的分析,给出了基于Sincom软件实现基于TCP/IP协议的网络化的方法。

［关键词］网络化制造；Ethernet；840D数控系统

Abstract:Thispaperanalyzedtheimpetusofnetworkmanufacturedevelopmentaswellasthechangesinthemanufacturingsectorbroughtaboutbyinformationization.Andwithstudiesofthechangesinequipmentsectorbroughtaboutbynetworkmanufacture,thispaperputforwardthreemethodstorealizenetworkinginequipmentsector,especiallythedirectnetworkingofnumericallycontrolledmachinetoolsthroughEthernet.WithanalysisofSincom,networkingsoftwareforSiemens840Dnumericalcontrolsystem,thispaperputforwardthemethodtorealizenetworkingincompliancewithTCP/IPagreement.

Keywords:networkmanufacture;ethernet;840Dnumericalcontrolsystem

1网络化制造的发展

随着遍布全球的计算机网络的形成和制造的数字化,使网络化制造成为可能。网络化制造一方面为企业的发展提供了前所未有的广阔舞台,企业的生产可以在整个世界的范围内进行优化，可以在原材料成本最低的地方进货,可以在劳动力价格最低的地方建厂生产,产品可以销售到全球各地。另一方面,网络化制造使企业面临全球的竞争,不同地方的企业都会来争夺自己的市场。加工设备本身在向高精度、高效率和高自动化水平发展的同时,更加注意其中信息表示的标准化和数字化、信息交换的网络化、信息处理的智能化。作为加工设备的控制核心数控系统是底层加工信息的处理器,若没有数控设备的网络化就不可能实现真正的网络化制造。

现代数控系统功能强大，但操作复杂，有时会出现这样那样的一些问题，而厂家的维修能力又参差不齐，有时仅仅一些小问题就要机床厂家千里迢迢赶来进行维修，造成很多额外的费用。西门子840D数控系统是西门子数控系列的高端产品，基于开放式系统，具有很强的网络功能。该系统强大的网络功能可通过远程诊断方式解决上述问题。

2数控系统联网的实现方法

网络化制造中，制造设备不再独立,而是同其他设备联成网络,组成控制网络。控制网络不同于一般的信息通信网络，它具有实时高效的特点，主要表现为：(1)有高实时性与良好的时间确定性;(2)传送信息多为短帧信息,且信息交换频繁;(3)容错能力强，可靠性、安全性好;(4)控制网络协议使用简单工作效率高;(5)控制网络结构的高度分散性;(6)控制设备的智能与控制功能的自制性;(7)与信息网络有高通信效率,易于实现与信息网络集成。这样的控制网络与信息网络组成企业完整的网络系统,实现底层信息和高层信息的交互,从而组成覆盖整个企业的网络化系统［1］。

数控系统经过多年的发展,其功能越来越完善,不但可对加工轨迹进行控制,而且还实现对加工刀具和过程的管理,并且还可实现远程监控。目前在我国主要应用的数控系统有两类,一类是传统的数控系统,数控系统采用专用的总线结构形式,系统对用户是封闭的。另一类是基于PC的开放体系结构，使数控系统得到很大的发展,例如西门子、FANUC等公司在传统专用数控结构的基础上添加PC系统,和新兴的数控生产厂家直接在基于PC的结构基础上开发数控系统。在此基础上数控联网主要形成以下3种形式:

2.1通过串口实现联网

一般数控系统都带有串行通信接口,通过串口可实现数控加工程序和有关配置参数的传递。早期的DNC都是通过这种形式实现的。监控计算机一方面通过RS232接口和数控系统通信,实现数控程序的分配,另一方面通过局域网和其他计算机通信,实现生产管理调度。这种形式的联网通信速度慢,一般只有9600bit/s,只能进行数控程序和一般参数的传递,不能对加工过程进行监控,也不是真正意义的联网。但这种通信形式可以将以前只有串口的数控机床连接起来,实现有限的信息交互,图1表示了这种方式。

2.2通过现场总线实现联网

现场总线技术的出现,改变了控制系统的结构,使其向着分散化、网络化的方向发展。它改变了集中控制系统的集中控制方式,将控制分散于各个控制单元中,形成了新型的网络集成式全分布控制系统,其中信息的交换是通过总线进行,一根总线将全部控制设备连接在一起,大大降低了系统的成本和组网的复杂性,从而形成了对工业生产有重要影响的控制网络。现场总线采用全数字式通信，具有开放式、全分布、可互操作性等特点,形成了从测控设备到操作控制计算机的全数字通信网络,具备了与数字网络连接沟通的条件,顺应了控制网络的要求,成为控制网络的发展趋势。

现场总线技术在制造领域应用越来越广泛,现在有些数控系统本身支持现场总线,可实现实时的数据交换,甚至数控系统内部也通过现场总线连接在一起,实现NC、PLC以及I/O设备等的相互通信。数控机床之间、数控机床和计算机之间也可通过现场总线连接在一起,实现FMS等复杂的控制要求。这种联网方式根据信息的类型和对通信的要求将控制网和上层管理网络分开,管理网络采用局域网实现,完成大容量实时性要求不高的调度管理、CAD/CAM和生产计划等数据的通信［2］。西门子810D、840D数控系统可采用Profibus现场总线实现这种方式的联网。2.3通过局域网实现联网

以太网(Ethernet)在办公自动化领域得到飞速的发展,当前它已深入到工业应用领域,基于以太网的控制系统也在不断发展中,有些集成电路开发商甚至制造出基于TCP/IP协议的集成电路,大大简化了控制系统、仪表传感器和执行器之间的通信,使建立基于Internet的控制系统成为现实。

以上3种方法也可混合使用,针对不同的数控机床数控系统采用不同的方法。随着数控系统向开放体系结构的智能化数控系统发展,其控制功能不断向上延伸,具有一定的自主性和管理决策功能,数控系统之间、数控系统和其他单元之间的信息传递也必将越来越复杂。所以，具有以太网及现场总线功能的数控系统是今后发展的方向。

3西门子Sincom软件介绍

西门子数控系统可通过以上3种方法实现联网,特别是通过Sincom软件可实现基于以太网TCP/IP协议的网络通讯,使数控系统直接和计算机连接在一起,实现数控机床、辅助设备、生产自动线和上层管理系统之间的信息交换。通过Sincom软件实现西门子数控系统联网的硬件配置如下:

a.数控系统NCK/PLC:810D和840D。

b.MMC103:版本4.0以上。c.PCI/ISA适配器及标准Ethernet网卡。

网卡的安装同普通PC机一样,设置网络的特性包括IP地址、登录设置、TCP/IP协议及计算机名。Sincom软件实现网络通信的框图如图2所示。Sincom软件安装在MMC103中,MMC103相当于1台工作在Windows下的计算机,计算机和MMC通过Ethernet网连接,它们之间是通过远程过程调用(RPC)实现信息交换。Sincom软件和NCK/PLC之间通过动态数据交换(DDE)方式完成通信。一个数控系统可以和多台计算机连接,1台计算机也可和多个数控系统连接。数控系统通过在PLC中专门定义数据块DB12实现高级的加工过程的控制。

Sincom软件可实现如下的功能:

a.零件加工程序的传递；

b.机床状态数据的传递；

c.PLC数据的传递；

d.零件加工程序的选择与自动加工；

e.刀具数据的传递与管理。

4基于Sincom软件的应用系统

Sincom软件在进入840D数控系统Windows环境下,可同其他软件一样安装。安装过程中出现配置界面,其中Host为数控机床将要连接的计算机名,Endpoint为远程调用RPC需要的标示数据,可选默认值,PutGetDirectory为主机保存临时文件的目录,其他项都可按默认值选择。Sincom软件配置完成以后,在使用前需要对DB12和相关功能进行PLC编程,DB12分为Globaldata,Dockingpositiondata以及NCprogramasignment三部分,其中Globaldata,Dockingpositiondata必需,而NCprogramasignment可选。Globaldata有20个字节,每个Dockingpositiondata占12个字节,每个NCprogramassignment占138个字节。NCK和Host计算机通过设置Globaldata中不同字节中的不同位,实现数控机床加工的不同过程。所以要完成在网络上进行加工的监控,必须编制相应的PLC程序对DB12进行控制。Sincom软件还提供许多基于远程调用的RPC函数,并给出了用接口定义语言IDL描述的接口文件,用户在编制控制程序时需要按照RPC调用的规则,在文件中嵌入这个接口文件,这样就可在程序中使用这些函数。Host计算机通过使用这些函数实现对数控系统的控制，其中几个重要的函数如T_MACHINE_M()可获得机床的状态,而R_NC4WPC_M()可指派要加工的数控程序，R_DATA_M()可向数控系统中传递加工程序、刀具参数和其他文件,类似地R_VAR_M()可传递各种变量。图3表示了一个加工的流程。通过Sincom软件还可对机床的托板交换、物料运输系统进行监控,实现加工系统的网络化。

5结论

制造设备的网络功能，在东风汽车公司应用尚不是很普遍，东风汽车公司发动机厂的DCI11作业部在新进口的机床上应用了Sincom系统，运行效果良好。随着计算机以及计算机网络的快速发展，网络制造必将会广泛地应用到工厂制造设备上，因此，对制造设备的网络功能进行深入细致地研究，具有广泛而深刻的意义。

［参考文献］

［1］杨叔子,吴波.网络化制造与企业集成［J］.中国机械工程,2000,11(1-2):45-48.

［2］Henrylau.Thenewroleofinternet/internettechnologyformanufacturing［J］.EngineringwithComputer，1998,9(2):150-155.