0 引言

　　數(shù)控機(jī)床正常運(yùn)行除了必要軟硬件外，還需要諸如系統(tǒng)參數(shù)、刀具及坐標(biāo)系偏置數(shù)據(jù)、螺距誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)、跟蹤誤差、機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)、主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給速度、PMC信號(hào)狀態(tài)等動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)。目前國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)對(duì)機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控和動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)采集管理仍然停留在單機(jī)在線或串口通信方式階段，無(wú)法實(shí)現(xiàn)集成管理，從而形成了信息化孤島。隨著工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，對(duì)數(shù)控設(shè)備進(jìn)行信息化統(tǒng)一集中管理乃至對(duì)機(jī)床工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的重要性逐步被人們認(rèn)知，而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展尤其是現(xiàn)場(chǎng)總線以及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，使企業(yè)數(shù)控設(shè)備集成監(jiān)管成為了可能。本文以FANUC 系統(tǒng)為例介紹基于以太網(wǎng)的數(shù)控機(jī)床集成技術(shù)。

1 數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)構(gòu)架及功能

　　1.1 系統(tǒng)集成以太網(wǎng)軟件

　　FANUC 系統(tǒng)使用的以太網(wǎng)軟件從來(lái)源上分主要有以下兩種：

　?。?） 直接購(gòu)買(mǎi)FANUC 提供的相關(guān)軟件，如基本操作包1（FANUC Basic Operation Package 1/A02B‐0207‐K752）、遠(yuǎn)程診斷包（Machine Remote DiagnosePackage/A08B‐9210‐J515） 、生產(chǎn)系統(tǒng)管理與控制軟件包CIMPLICITY HMI 等。

　?。?） 使用Microsoft Visual Basic 或者VisualC＋ ＋ ，配合FANUC 提供的FOCAS2 （A02B‐0207‐K737）應(yīng)用程序接口（API）進(jìn)行自主編程。

　　軟件功能包括機(jī)床數(shù)據(jù)管理（如NC程序、系統(tǒng)參數(shù)、宏變量、刀具偏置、工件坐標(biāo)系偏移、螺距誤差補(bǔ)償?shù)葦?shù)據(jù)的讀寫(xiě)及管理） 、CNC顯示（如主軸和進(jìn)給軸數(shù)據(jù)顯示、加工時(shí)間、刀具信息、坐標(biāo)數(shù)據(jù)） 、狀態(tài)監(jiān)測(cè)（如梯形圖順序程序、機(jī)床信號(hào)、進(jìn)給軸及主軸波形信號(hào)、操作及報(bào)警履歷） 、在線調(diào)試（如融合FANUC LADDER和SERVO GUIDE 進(jìn)行在線PMC和伺服調(diào)試）等。

　　1.2 計(jì)算機(jī)

　　計(jì)算機(jī)是以太網(wǎng)軟件的運(yùn)行服務(wù)器同時(shí)可擔(dān)任機(jī)床數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)具備以太網(wǎng)卡及滿足要求的系統(tǒng)配置，同時(shí)應(yīng)具有Windows自帶的IIS或者第三方的Serv‐U 等FTP 服務(wù)軟件。

　　1.3 數(shù)據(jù)服務(wù)器

　　數(shù)據(jù)服務(wù)器視系統(tǒng)規(guī)模大小可單獨(dú)或與系統(tǒng)主機(jī)共用計(jì)算機(jī)，主要功能是存儲(chǔ)和管理機(jī)床上傳的各種數(shù)據(jù)。

　　1.4 數(shù)控機(jī)床

　　多臺(tái)數(shù)控機(jī)床可通過(guò)以太網(wǎng)連接到系統(tǒng)主機(jī)和數(shù)據(jù)服務(wù)器，機(jī)床應(yīng)具備并開(kāi)通必要的以太網(wǎng)功能和硬件。

2 數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)軟硬件

　　FANUC系列數(shù)控系統(tǒng)的以太網(wǎng)硬件設(shè)備主要有快速以太網(wǎng)板(Fast Ethernet Board)和數(shù)據(jù)服務(wù)器板(Fast Data Server Board)兩種，對(duì)應(yīng)功能叫做以太網(wǎng)功能(Ethernet Function)和數(shù)據(jù)服務(wù)器功能(DateServer Function)?，F(xiàn)Oi -M D和Oi -TD系統(tǒng)都標(biāo)配有內(nèi)嵌式以太網(wǎng)和PCM CIA網(wǎng)卡，而Oi-Mate MD和Oi-Mate TD只標(biāo)配PCM CIA網(wǎng)卡。PCMCIA網(wǎng)卡和內(nèi)嵌式以太網(wǎng)的功能接近，只是PCMCIA網(wǎng)卡不支持FANUC程序傳輸軟件。

　　FANUC Oi-D系列中的Oi-MD為i-TD系統(tǒng)都標(biāo)準(zhǔn)配置有支持100 M h /s的內(nèi)嵌式以太網(wǎng)。將CNC與電腦連接起來(lái)，即可進(jìn)行NC程序的傳輸、機(jī)械的控制和運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視、機(jī)械的調(diào)整和維護(hù)。其基本功能包括:

　　(1)基于FTP傳輸功能的NC程序傳輸，可通過(guò)CNC畫(huà)面的操作來(lái)傳輸NC程序。電腦側(cè)使用FTP服務(wù)器軟件，所以，可以與Windows環(huán)境以外的主機(jī)一起傳輸NC程序。

　　(2)基于FOCAS2 /Ethernet的機(jī)械控制和監(jiān)視，可利用i CELL和CIMPLICITY創(chuàng)建進(jìn)行機(jī)械控制和監(jiān)視的系統(tǒng)。此外，可以直接使用FOCAS2/Ether-net功能，創(chuàng)建獨(dú)特的應(yīng)用軟件;也可通過(guò)CNC主導(dǎo)信息通知功能，利用NC程序或者梯圖程序發(fā)出的指令，從CNC自發(fā)地向電腦的應(yīng)用程序發(fā)送通知信息(CNC/PMC數(shù)據(jù))。

　　(3)可以在線進(jìn)行基于FANUC LADDER-III以及SERVO GUIDE的機(jī)械調(diào)整和維護(hù)、梯圖程序的維護(hù)和伺服電機(jī)的調(diào)整。

　　FTP傳輸功能可使用Windows自帶的IIS或者第三方的Serv-U等FTP服務(wù)軟件。而順序程序調(diào)試和伺服調(diào)整可利用FANUC專(zhuān)用工具，通過(guò)以太網(wǎng)連接方式對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行在線調(diào)試與干預(yù)。因此數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的技術(shù)難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)是控制和監(jiān)視以太網(wǎng)軟件，當(dāng)然FANUC提供標(biāo)準(zhǔn)軟件CIM-PLICITY，但由于價(jià)格昂貴和系統(tǒng)規(guī)模要求適應(yīng)性問(wèn)題，一般選擇使用Visual Basi、或者 Visual C++自主開(kāi)發(fā)基于FOCAS2 /Ethernet功能的用戶軟件。

　　FOCAS2即FANUC Open CNC API Speeifieations version 2，是FANUC提供給用戶的應(yīng)用程序接口函數(shù)庫(kù)，通過(guò)調(diào)用這些標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與數(shù)控機(jī)床之間的信息交互。例如通過(guò)Read the name of controlled axis and spindle nam。函數(shù)讀取控制軸和主軸名稱(chēng);通過(guò)Set origin/preset relative axis position函數(shù)設(shè)置原點(diǎn)領(lǐng)設(shè)相關(guān)坐標(biāo)位置等。在使用Visual Basi、或者Visual C十十編程時(shí)需作如下初始化設(shè)置：①將FOCASl龍庫(kù)函數(shù)Fwlih32.dll,Fwlihel.dll, Fwlih32.lib及頭文件Fwlih32 .h復(fù)制到工程文件夾中;②點(diǎn)擊程序“工程”菜單后出現(xiàn)“設(shè)置…”子菜單，再次點(diǎn)擊后出現(xiàn)設(shè)置對(duì)話框，選擇“Link"標(biāo)簽，在“對(duì)象庫(kù)模塊”中輸入庫(kù)文件名“Fw1ih32.lib";③在實(shí)現(xiàn)類(lèi)文件(.cpp)中包含頭文件Fwlih32.h。

　　通信線路的建立與關(guān)閉按如下步驟完成:調(diào)用語(yǔ)句short back=、nc allclibhndl3(“192.168.0.100"，8193,0,&h)來(lái)建立通信鏈路，正常時(shí)將返回0(EW_OK)并取得通信句柄h，可供其他庫(kù)函數(shù)調(diào)用。其中"192.168.0.100'，為機(jī)床IP地址，8193為端口號(hào)。斷開(kāi)通信線路的函數(shù)為、nc freelib -hndl (h)，僅需傳入通信句柄h。設(shè)置時(shí)計(jì)算機(jī)側(cè)的IP地址前三位(192.168.0.*)需與機(jī)床側(cè)相同。

　　PMC信號(hào)是機(jī)床正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要信號(hào)，也是判斷機(jī)床工作狀態(tài)和故障狀態(tài)的重要依據(jù)。對(duì)于FANUC數(shù)控系統(tǒng)而言，有X,Y,F,G,R等多種接口信號(hào)。為了讀取接口狀態(tài)，編程時(shí)需調(diào)用函數(shù):FWLIBAPI-short WINAPI pmc_rdpmcrng(unsigned shortF1ihHn<ll，short adr_type，short data_type，shorts_ number，shone_ number，short length，IODBPMC }buf。其中:F1ibHn<ll為通信句柄，adr-typ。為地址類(lèi)型,s number, a number分別為PM C地址的起始號(hào)與結(jié)束號(hào)，length為數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度。對(duì)于字節(jié)型變量，讀取的數(shù)據(jù)存放在buf .u .cdata[()]中。機(jī)床側(cè)的設(shè)置

3 數(shù)控機(jī)床側(cè)的設(shè)置

　　FANUC的以太網(wǎng)功能主要通過(guò)TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)，使用的時(shí)候在CNC系統(tǒng)上只需設(shè)定CNC的IP,TCP和UDP端口等信息即可。以太網(wǎng)、內(nèi)嵌式以太網(wǎng)和PCM CIA的設(shè)定方法一樣，下面以?xún)?nèi)嵌式以太網(wǎng)的設(shè)定方法為例進(jìn)行說(shuō)明，具體操作方法如下:首先將20號(hào)參數(shù)改為5;按SYSTEM&rdquo;公共鍵，系統(tǒng)IP地址的設(shè)定畫(huà)面如圖2所示，當(dāng)系統(tǒng)與一臺(tái)以上機(jī)床連接時(shí)，需要填寫(xiě)路由器地址，如不需要，則不用填寫(xiě);按下FOCAS2鍵，進(jìn)行FOCAS2的設(shè)置，TCP設(shè)定為8193 ,UDP一般設(shè)定為8192，時(shí)間間隔一般設(shè)定為10;按下TCP傳送鍵進(jìn)行TCP傳送設(shè)定，輸入主機(jī)IP地址和主機(jī)設(shè)定的用戶名和密碼，端口號(hào)和主機(jī)一致設(shè)定為210巨FTP傳送」4 計(jì)算機(jī)側(cè)的設(shè)定

　　在Windows XP下使用FTP服務(wù)可以使用Windows XP自帶的IIS (Internet Information Server )，也可以使用其他的第三方軟件。下面介紹使用IIS進(jìn)行設(shè)定的方法:打開(kāi)&ldquo;控制面板&rdquo;管理工具&rdquo;Internet信息服務(wù)&rdquo;;展開(kāi)目錄樹(shù)，右鍵單擊默認(rèn)FTP站點(diǎn)，打開(kāi)屬性頁(yè)面;單擊&ldquo;FTP站點(diǎn)&rdquo;選項(xiàng)卡，在此頁(yè)面設(shè)置端口號(hào)，通常默認(rèn)端口是21，不用修改，其他都可以使用默認(rèn)值。IIS端口和連接設(shè)置如圖4所示。

　　安全賬戶的設(shè)定如圖5所示，安全帳戶選項(xiàng)卡頁(yè)面不用修改。另外，此處的用戶名是為匿名訪問(wèn)FTP資源而建立的Windows系統(tǒng)帳戶，不要隨意修改。如需要自定義登錄FTP服務(wù)器的用戶名和密碼，可在&ldquo;控制面板AE用戶帳戶&rdquo;中添加。使用IIS做FTPServer時(shí)，能登錄Window s的帳戶都可以訪問(wèn)FTP資源。另外，IIS還提供了匿名訪問(wèn)功能，登陸用戶名為Anonymous，密碼為任意字符串，推薦使用。

5 結(jié)束語(yǔ)

　　隨著工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，對(duì)數(shù)控設(shè)備進(jìn)行信息化統(tǒng)一集中管理乃至對(duì)機(jī)床工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的重要性逐步被人們認(rèn)知。JCSDNC是北京機(jī)床研究所研制的新一代數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，在傳統(tǒng)的DNC系統(tǒng)上增加了設(shè)備狀態(tài)采集、車(chē)間工況數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)數(shù)據(jù)交換功能，其聯(lián)機(jī)數(shù)量可以擴(kuò)展到256臺(tái)數(shù)控機(jī)床;CAXA DNC是北京數(shù)碼大方科技有限公司開(kāi)發(fā)的分布式數(shù)控管理軟件，系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)使用MS SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)，理論上對(duì)接入機(jī)床的數(shù)量不加限制。制造企業(yè)也可根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和管理具體需要開(kāi)發(fā)適合自己的數(shù)控機(jī)床集成管理系統(tǒng)。