1 引言

　　從企業(yè)實際需求來看,對于制造業(yè),目前企業(yè)的MIS和ERP僅僅局限于通常的管理、設計開發(fā)等上層部分的信息化,是遠遠不夠的,工廠、車間的最底層數(shù)控機床不能夠連成網(wǎng)絡,就必然成為制約制造業(yè)企業(yè)信息化的瓶頸,不能充分提高生產(chǎn)效率。對于面臨全球化競爭的現(xiàn)代制造工廠,數(shù)控機床必須達到一定的數(shù)量或比例;其次就是把所擁有的數(shù)控機床組建成一個雙向、高速的制造體系,徹底解決信息孤島問題,構成數(shù)字化車間,以保證信息流在工廠、車間的底層之間及底層與上層之間通訊的暢通無阻。

2 網(wǎng)絡數(shù)控技術的發(fā)展

　　2.1 DNC系統(tǒng)及網(wǎng)絡結構

　　DNC(Direct Numerical Control, DNC)系統(tǒng)是指多臺數(shù)控機床由一臺計算機統(tǒng)一分配控制程序和進行管理?，F(xiàn)在的DNC系統(tǒng)從內(nèi)容和意義上已發(fā)展成為分布式數(shù)字控制(Distributed Numerical Control, DNC)系統(tǒng)。從數(shù)控技術的發(fā)展分析,分布式數(shù)控系統(tǒng)是由直接數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展而來的,是針對當時數(shù)控設備內(nèi)存小、處理能力弱而產(chǎn)生的。以后出現(xiàn)的計算機數(shù)控(Computer Numerical Control, CNC)設備使DNC系統(tǒng)增加了程序編制和編輯功能,并且有一定的通訊能力。隨著局域網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫、工作站的發(fā)展以及零件加工系統(tǒng)發(fā)展的需要,出現(xiàn)了分布式數(shù)控系統(tǒng),它是針對車間的生產(chǎn)計劃、技術準備、加工操作等基本作業(yè)的集中監(jiān)控與分散控制相結合而產(chǎn)生的車間生產(chǎn)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的目標任務通過局域網(wǎng)分配給各子系統(tǒng),子系統(tǒng)之間信息相互交換以協(xié)調(diào)完成任務。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是易于擴充、靈活、可靠性高,具有良好的開放性。

圖1 傳統(tǒng)DNC結構

　　一般DNC系統(tǒng)通常具有兩級計算機分級結構形式,即主控計算機加CNC系統(tǒng)群組成(見圖1)。對于通信距離短、組成DNC系統(tǒng)的數(shù)控機床數(shù)量少的小型系統(tǒng)可采用這種方式聯(lián)接。該聯(lián)接方式結構簡單,但連線多、易出故障、通信距離短(RS-232通訊距離一般為15m以內(nèi)),不適宜較大范圍的DNC系統(tǒng)。

　　2.2 現(xiàn)場總線系統(tǒng)及網(wǎng)絡結構

　　鑒于以上通信方式存在的缺陷,一些研究單位提出了基于現(xiàn)場總線技術(主要有BitBus和CAN總線)的改進型DNC通信系統(tǒng),可實現(xiàn)遠距離通信,具有操作方便、開放性好的特點,其網(wǎng)絡拓撲結構如圖2所示。每臺數(shù)控機床配備一臺通信前端單元,各通信前端單元與DNC主控計算機間采用現(xiàn)場總線進行連接。通信前端單元與數(shù)控系統(tǒng)集成在一起,可靠性高。系統(tǒng)具有良好的擴展性,設備更靈活,但是車間級網(wǎng)絡是總線協(xié)議,工廠上層網(wǎng)絡都是基于TCPPIP的以太網(wǎng),這樣還不能方便地實現(xiàn)信息共享。

圖2 基于總線的DNC結構

3 工業(yè)以太網(wǎng)

　　普通以太網(wǎng)( Ethernet)是為IT應用而開發(fā)的,在工業(yè)自動化領域只得到有限的應用,這是由于: 1)以太網(wǎng)采用CSMAPCD碰撞檢測方式,在網(wǎng)絡負載較重(大于40%)時,網(wǎng)絡的確定性(Determinism)不能滿足工業(yè)控制的實時要求: 2) Ethernet所采用的接插件(connector)、集線器(hub)、交換機( switches)和電纜等是為辦公室應用而設計的,不符合工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境的要求; 3)以太網(wǎng)抗干擾性能較差; 4)以太網(wǎng)滿足本安型應用有一定的難度等。隨著工業(yè)以太網(wǎng)技術的發(fā)展,上述問題正在迅速得到解決。

　　工業(yè)以太網(wǎng)是基于IEEE 80213( Ethernet)的強大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡,工業(yè)實時以太網(wǎng)對普通以太網(wǎng)作了如下改進:

　　1)采用交換式以太網(wǎng),僅在發(fā)送站和接收站之間直接交換信息,克服了時延和碰撞,提高了實時性;

　　2)采用全雙工(Ful-l duplex)網(wǎng)絡,端口上媒體段的長度不受CSMAPCD的制約,可以延伸距離;

　　3)網(wǎng)絡速度的提高(已全面從10M過渡到100M,甚至1000M),使以太網(wǎng)能提供足夠的帶寬,又減少了沖突;