DNC 分布式數(shù)字控制( DiSTributed Numerical Control) , 是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等為基礎(chǔ)， 把數(shù)控機(jī)床與上層控制計(jì)算機(jī)集成起來(lái)， 從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的集中控制、管理， 以及數(shù)控機(jī)床與上層控制計(jì)算機(jī)間的信息交換。它是現(xiàn)代機(jī)械加工企業(yè)實(shí)現(xiàn)設(shè)備集成、信息集成、功能集成的一種新方法， 是制造自動(dòng)化的重要模式， 也是實(shí)現(xiàn)CIMS 等集成制造系統(tǒng)的重要組成部分。

　　在過(guò)去十幾年， 人們將大量的精力投向FMS(Flexible ManufactureSystem)系統(tǒng)的研究， 但實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明， FMS 的這種不僅注重信息流的集成， 更強(qiáng)調(diào)物流的集成與自動(dòng)化， 雖然具有運(yùn)行效率高和自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)， 但投資風(fēng)險(xiǎn)大、見(jiàn)效慢、可靠性較差。相對(duì)于FMS, DNC 是投資小、見(jiàn)效快、并具有較好柔性的集成制造系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展， DNC 的內(nèi)涵和功能也在不斷擴(kuò)大， 目前DNC 系統(tǒng)已具備制造數(shù)據(jù)傳送、狀態(tài)數(shù)據(jù)采集與處理、刀具管理、生產(chǎn)調(diào)度與監(jiān)控、單元控制和CAD/CAPP/CAM接口等功能。

　　在分析現(xiàn)有DNC 主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)通信接口功能的基礎(chǔ)上， 從DNC 通信接口功能的角度可將DNC 分為基本DNC、狹義DNC 和廣義DNC 三種。

　　目前， 在實(shí)際DNC 系統(tǒng)集成應(yīng)用中，常采用基于串行口通訊的接口模式、以太網(wǎng)絡(luò)模式。筆者重點(diǎn)對(duì)以上DNC 的二種通訊接口模式分別介紹。

1 基于串行口通訊的DNC 接口模式

　　利用數(shù)控機(jī)床提供的RS232C 或RS485 接口， 采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)型或星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 實(shí)現(xiàn)串行通信。這是目前在車(chē)間中應(yīng)用最多的一種通信方法， 但這種通信方法存在工控微機(jī)多、投入成本高、管理和維護(hù)工作量大和易于出錯(cuò)等缺點(diǎn)。目前使用的數(shù)控系統(tǒng)大多帶有RS232C 串行通信接口。利用該RS232C 接口可直接實(shí)現(xiàn)基本DNC 通信和狹義DNC 通信功能。

　　1.1 帶串口擴(kuò)展卡的DNC 通訊接口模式

　　帶串口擴(kuò)展卡的DNC 接口模式是上世紀(jì)90 年代中期出現(xiàn)的模式， 在當(dāng)時(shí)大家還普遍使用單機(jī)傳輸?shù)哪甏?此方式是一種創(chuàng)新， 可以說(shuō)它代表了當(dāng)時(shí)我國(guó)DNC 產(chǎn)品的最高水平。MOXA C320Turbo 卡( 或其它多路串行通訊卡) 是通過(guò)ISA( 或PCI) 插卡的方式與計(jì)算機(jī)連接， 再通過(guò)一根帶屏蔽的10 芯電纜線連接通訊模塊， 每個(gè)通訊模塊帶8 個(gè)通訊口， 可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)通訊模塊級(jí)聯(lián)， 每個(gè)通訊口最多帶8 個(gè)節(jié)點(diǎn)， 每個(gè)計(jì)算機(jī)又可以擴(kuò)展4 個(gè)ISA( 或PCI) 插卡， 這樣一臺(tái)計(jì)算機(jī)最多可以擴(kuò)展256 個(gè)RS- 232 接口。通訊模塊與計(jì)算機(jī)之間距離不能太長(zhǎng)， 一般在十幾米左右。

　　1.2 帶串口服務(wù)器的DNC 通訊接口模式

　　串口服務(wù)器的功能是將來(lái)自TCP/IP 協(xié)議的數(shù)據(jù)包， 解析為串口數(shù)據(jù)流; 反之， 也可以將串口數(shù)據(jù)流打成TCP/IP 協(xié)議的數(shù)據(jù)包，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸， 它能將多個(gè)串口設(shè)備連接并能對(duì)串口數(shù)據(jù)流進(jìn)行選擇和處理， 把現(xiàn)有的RS232 接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為IP 端口的數(shù)據(jù)， 這樣就能夠?qū)鹘y(tǒng)的串行數(shù)據(jù)送上流行的IP 通道， 而無(wú)須過(guò)早的淘汰原有的不帶以太網(wǎng)模塊的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)備， 從而提高現(xiàn)有設(shè)備的利用率， 節(jié)約了投資， 簡(jiǎn)化了布線， 如圖2 所示。在數(shù)據(jù)處理方面， 串口服務(wù)器完成的是一個(gè)面向連接的RS232 鏈路和面向無(wú)連接以太網(wǎng)之間的通訊數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)控制， 系統(tǒng)對(duì)來(lái)自串口設(shè)備的串口數(shù)據(jù)流進(jìn)行處理， 并進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換， 使之成為可以在以太網(wǎng)中傳播的數(shù)據(jù)幀，對(duì)來(lái)自以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行判斷， 并轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)送達(dá)響應(yīng)的串口設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用方面， 串口服務(wù)器將具有TCP/IP 協(xié)議的以太網(wǎng)接口映射為Windows 操作系統(tǒng)下的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)串口，應(yīng)用程序可以像對(duì)普通串口一樣對(duì)其進(jìn)行收發(fā)和控制， 因此，串口服務(wù)器在數(shù)控系統(tǒng)組網(wǎng)中的功能是把來(lái)自數(shù)控系統(tǒng)的任何信息透明地傳輸?shù)骄钟蚓W(wǎng)上的任何一個(gè)計(jì)算機(jī)， 也可以把來(lái)自局域網(wǎng)的任何信息透明地傳輸給數(shù)控設(shè)備; 相當(dāng)于局域網(wǎng)和串口設(shè)備的網(wǎng)關(guān)通過(guò)為串口服務(wù)器配置IP 地址， 使數(shù)控機(jī)床成為局域網(wǎng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)， 從而擁有局域網(wǎng)的部分功能， 實(shí)現(xiàn)資源共享。

　　例如MOXA CN2516 多路串口服務(wù)器， 在組網(wǎng)時(shí)它可以是局域網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)， 通過(guò)HUB 或交換機(jī)來(lái)與NC 程序管理計(jì)算機(jī)相連， 這樣， 它可以放在車(chē)間的任一固定位置上， 大大減少了車(chē)間到管理中心部門(mén)的布線， 另外， CN2516 還可以在多臺(tái)計(jì)算機(jī)上安裝其驅(qū)動(dòng)程序， 多臺(tái)計(jì)算機(jī)可同時(shí)進(jìn)行監(jiān)視控制， 給用戶的維護(hù)工作帶來(lái)方便。

　　串口服務(wù)器真正的優(yōu)勢(shì)以及價(jià)值的體現(xiàn)并不是表現(xiàn)在直連方式的應(yīng)用上， 將設(shè)備連接到以太網(wǎng)上是它重要的目的， 通過(guò)串口服務(wù)器將數(shù)控設(shè)備連接到以太網(wǎng)上，其接線方式非常簡(jiǎn)單，只需要將串口服務(wù)器連接到集線器或者交換機(jī)上即可，通過(guò)設(shè)置串口服務(wù)器的IP 地址， 就可使串口服務(wù)器成為以太網(wǎng)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，從而使連接到該串口服務(wù)器的數(shù)控系統(tǒng)連接到以太網(wǎng)上，通過(guò)該組網(wǎng)方式能夠?qū)⒉煌臄?shù)控系統(tǒng)，不同形式的串口(如RS232、RS422 和RS485)， 連接到以太網(wǎng)上， 實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的異構(gòu)組網(wǎng)。該組網(wǎng)方式可以將整個(gè)企業(yè)的數(shù)控系統(tǒng)連接到網(wǎng)絡(luò)上，在組網(wǎng)過(guò)程中， 除了可以利用交換機(jī)和集線器擴(kuò)展外，還可以利用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)， 如MOXA EDS508, 可以擴(kuò)展不同型號(hào)的串口服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的靈活組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源的共享和對(duì)所有數(shù)控系統(tǒng)的集中管理、控制，為網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)搭建平臺(tái)。

2 基于串口服務(wù)器的以太網(wǎng)DNC 模式

　　隨著工業(yè)以太網(wǎng)的快速發(fā)展， 工業(yè)自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)正在逐步統(tǒng)一到工業(yè)以太網(wǎng)，并正在向下逐漸延伸?；诠I(yè)以太網(wǎng)和TCP/IP 技術(shù)在DNC 通信系統(tǒng)的應(yīng)用研究已成為DNC 技術(shù)研究的新方向， 以太網(wǎng)速度從原始的10Mbps 提高到100Mbps以至到今天的1000Mbps, 足夠的帶寬和交換式集線器的應(yīng)用解決了以太網(wǎng)的不確定問(wèn)題，使以太網(wǎng)有能力滿足實(shí)時(shí)系統(tǒng)的要求， 其次， 以太網(wǎng)交換機(jī)為連接在其端口上的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供了獨(dú)立的帶寬， 連接在同一交換機(jī)上面的不同設(shè)備不存在資源爭(zhēng)奪， 這就相當(dāng)于每個(gè)設(shè)備獨(dú)占一個(gè)網(wǎng)段; 再次， 全雙工通信技術(shù)又為每一個(gè)設(shè)備與交換機(jī)端口之間提供了發(fā)送與接受的專用通道， 因此使不同以太網(wǎng)設(shè)備之間的沖突大大降低或完全避免。故越來(lái)越多的基于以太網(wǎng)的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)得以在DNC 系統(tǒng)中應(yīng)用。

　　對(duì)于某些具備以太網(wǎng)接口的先進(jìn)加工中心等數(shù)控設(shè)備和微機(jī)設(shè)備， 可直接連接到交換機(jī); 對(duì)于只具備RS232 或RS485等串行接口的數(shù)控設(shè)備，通過(guò)串口服務(wù)器(如MOXA Nport5210)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)接口，然后連接到交換機(jī)。DNC 服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)與底層的數(shù)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息互通，從而實(shí)現(xiàn)服務(wù)器對(duì)數(shù)控設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)控制管理

　　基于以太網(wǎng)的DNC 系統(tǒng)使車(chē)間乃至整個(gè)企業(yè)的信息網(wǎng)與DNC 通信網(wǎng)絡(luò)得以整體集成， 而且可以直接將數(shù)控機(jī)床接入Internet,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息的傳輸，適應(yīng)了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)制造的需要，同時(shí)企業(yè)聯(lián)盟可通過(guò)訪問(wèn)Internet 互聯(lián)網(wǎng)， 在企業(yè)聯(lián)盟各自的服務(wù)器之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的流通。企業(yè)內(nèi)部的DNC 系統(tǒng)通過(guò)服務(wù)器接口，對(duì)外提供服務(wù)和資源的共享。為了防止企業(yè)聯(lián)盟間在Internet 上進(jìn)行的信息流通和協(xié)作活動(dòng)所出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)安全隱患?？墒褂肰PN 技術(shù)在企業(yè)聯(lián)盟間建立虛擬的專用網(wǎng)絡(luò)。

　　VPN 具有高度的網(wǎng)絡(luò)安全性，容易擴(kuò)展而且適應(yīng)性強(qiáng)，企業(yè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)擁有充分的控制權(quán)，隨時(shí)可以與外界進(jìn)行連接。因此，使用VPN 技術(shù)將制造企業(yè)聯(lián)盟的車(chē)間DNC 系統(tǒng)通過(guò)VPN 集成起來(lái)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)盟間的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造，是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)化制造環(huán)境下可行的、安全的制造模式。

3 結(jié)束語(yǔ)

　　信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展給制造業(yè)帶來(lái)了巨大的影響。在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)全球化的時(shí)代，為了快速響應(yīng)市場(chǎng)需求， 提高企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)能力， 縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期， 降低開(kāi)發(fā)成本， 提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力， 制造企業(yè)必須要從傳統(tǒng)制造模式進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化的生產(chǎn)制造模式。網(wǎng)絡(luò)化制造模式作為一種先進(jìn)制造模式，提供了制造企業(yè)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造最終到管理和營(yíng)銷等業(yè)務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)化制造模式下，DNC 系統(tǒng)作為現(xiàn)代機(jī)械制造企業(yè)的一種先進(jìn)運(yùn)行模式，其功能不僅包括車(chē)間底層制造設(shè)備的通信和集中控制管理，還向上延伸至企業(yè)的其它部門(mén)，乃至制造聯(lián)盟以及合作企業(yè)部門(mén)間的信息通信集成。通過(guò)DNC 系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)企業(yè)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟間的資源重新配置和重組，以及新產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計(jì)和遠(yuǎn)程制造加工。