第七章 数控机床数据通讯.docx
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第七章数控机床数据通讯
第七章数控机床数据通讯
随着计算机技术的发展，以往使用PRP（纸带阅读穿孔机）与CNC系统进行NC程序输入/输出的技术，由于纸带的保存，管理，容量，可靠性等，存在着不足之处，正逐渐被淘汰。
许多CNC系统生产厂家目前都能提供计算机NC程序服务功能，但仅限于自己的CNC系统，互相之间并不通用。
同时，随着市场经济和企业信息化的发展，企业数控机床的数量越来越多，而传统的单机管理模式因技术手段落后、生产效率低、管理与维护费用高昂等弊端已不能适应企业发展的需要，再加上用户使用了多种信息管理系统，如ERP，PDM，CRM，CAD/CAPP/CAM等，各种系统之间还必须考虑信息共享，以避免信息化孤岛，因此，使用集成式DNC技术对数控设备群进行管理势在必行。
第一节串行通讯连接
一、机床通讯的接口类型：
目前，数控机床网络DNC一般采用三种网络接口，即：
串行通讯RS-232C/422/485模式；以太网络模式；还有现场总线模式，其中以第一种串口通讯模式最为普遍。
二、串行通讯接口的技术特性与接线形式。
1．RS-232C通讯接口
RS-323C标准是美国EIA（电子工业联合会）与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。
它适合于数据传输速率在0～20000b/s范围内的通信。
这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。
由于通讯设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用。
由于RS-232C并未定义连接器的物理特性，因此，出现了DB-25、DB-15和DB-9各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同。
下面分别介绍最常见的两种连接器。
DB-25连接器
DB-9连接器
DB-25连接器外观图
图7-1
DB-9连接器外观图
图7-2
表7-1
DB-25连接器针脚信号含义。
针号
功能含义
信号
3
接收数据
RX
2
发送数据
TX
20
数据终端准备好
DTR
7
信号地
GND
6
数据准备好
DSR
4
发送请求
RTS
5
清除发送
CTS
表7-2
DB-9连接器针脚信号含义
针号
功能含义
信号
2
接收数据
RX
3
发送数据
TX
4
数据终端准备好
DTR
5
信号地
GND
6
数据准备好
DSR
7
发送请求
RTS
8
清除发送
CTS
串口连接接线方式：
9针连接器与9针连接器
9针连接器与25针连接器
图7-3
图7-4
表7-3串口连接规律：
连接器A
RX
TX
DTR
DSR
RTS
CTS
GND
连接器B
TX
RX
DSR
DTR
CTS
RTS
GND
还有一种简化的三线接法，如图7-5分别连接RX、TX、GND三个信号脚，在连接器本端将DTR和DSR信号脚短接，传输时认为任何时候数据终端都是准备好的。
图7-5
RS-232串口通讯主要技术参数：
数据位Datebits、停止位Stopbits、奇偶校验parity、端口数据格式Portmode、流控制方式Flowcontrol。
以上技术参数，在两个通讯设备的端口设置上必须一致；
数据位和停止位含义可有图7-6简单表示
Datebits=7；Stopbits=2时的数据传输表示
Datebits=8；Stopbits=1时的数据传输表示
图7-6
波特率与传输距离有关，距离越近，波特率可以设得越高，传输速度也就越快，但如果在长距离情况下使用高波特率可能造成较多错误码，这时可以适当降低波特率，提高传输数据的正确性，但传输速度会变慢，EIA标准中在15M（50英尺）内能以115200bit的波特率保证传输数据无错码；
流控制方式与端口连接方式有关，若采用上图提供的标准接线法，软硬件控制方法都可以，但如用三线简化连接法连接，则必须用软件控制方法，我们的接线是如上图的标准接线法。
2．RS-422/485通讯接口
RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。
通常是四线接口。
实际上还有一根信号地线，共5根线。
图7-8是其DB9连接器引脚定义。
由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。
即一个主设备（Master），其余为从设备（Salve），从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信。
RS-422的最大传输距离为4000英尺（约1219米），最大传输速率为10Mb/s。
其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能达到最大传输距离。
只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。
一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s。
3．RS-485电气规定
由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的。
RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信，而采用四线连接时，与RS-422一样只能实现点对多的通信，
RS-485的传输距离与速率关系与RS-422一样，都是最大传输距离约为1219米，最大传输速率为10Mb/s。
同样在短距获得高速，低速以求远距。
一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s。
注意，RS-485串行接口的驱动器可用于RS-422串行接口的应用中，因为RS-485串行接口满足所有的RS-422串行接口性能参数，反之则不能成立，所以目前很多书籍上都只提RS-485而不提RS-422了。
连接器形式：
RS-422与RS-485没有专用的连接器，通常采用DB9连接器和PHONIX标准的接线端子连接，其外形如图7-7与针脚含义如图7-8：
连接器形式：
针脚含义
图7-7
图7-8
RS-422与RS-485设备的网络构建方式，图7-9是采用二线制的连接方式，以实现多点双向通讯，在我们数控机床的设备联网中通常还是采用四线制的点对多联网方式连接。
图7-9
本节可实施项目：
制作一标准串口连接线缆
项目组织形式：
分组实施，5人左右一组。
项目目标：
通过制作标准串口连接线，知道连接器的类型、阵脚含义。
项目要求：
1、能连接标准串口连接线。
2、知道9针和25针的串口连接器中各针脚的含义。
项目准备：
1、电子实习室。
2、25-30W电烙铁，每组一支。
3、焊锡丝若干。
4、9针、25针连接器若干（注意公母）。
5、五类双绞线。
6、小号+/—螺丝刀。
7、万用表，每组一只。
项目时间：
2课时
第二节单机通讯
目前，在DNC市场上通过RS-232C口通讯产品实现数据通讯的情况最为多见，主要分单机传输与多机联控两种连接方式：
一、单机通讯连接形式
在数控加工和维护时，经常需要在数控机床和计算机之间进行程序与参数的传输，当这些需要只是临时性的时候，我们可以用一根串口通讯线将数控系统与计算机连接起来，通过一些串口通讯程序实现数据的通讯。
连接方式如图7-10所示：
图7-10
串口通讯线的制作见前节。
二、机床侧的通讯设置与操作
1、FANUC0I系统
1）通讯参数设置：
要让机床与计算机能进行数据通讯，必须将两者的串口通讯参数进行同步设置，计算机上的串口通讯将在后续软件介绍中说明，机床侧的串口通讯设置如下：
在机床面板上，按
进入MDI方式；按
进入设置界面，按[操作]软键，按右翻页键
2次进入如图7-11ALLIO配置界面：
停止位
图7-11
请将图7-11中各项根据实际需要设置好，通常主要设置波特率和停止位即可，其余选用默认值即可。
2）程序的发送：
选择编辑模式按键
，选择程序按键
，输入要发送的程序名，例：
O1234，按[操作]软键，再按右翻页键
两次后再按[PUNCH]软键，再按[EXC]执行，屏幕闪烁“输出”，表示程序正在输出，如要发送所有程序，输入O-9999后再按[PUNCH]-[EXE]发送即可将机床上所有程序发送到计算机上。
3）程序的接收：
选择编辑模式按键
，选择程序按键
，输入接收程序在机床上的程序名，例：
O2222，按[操作]软键，再按右翻页键
两次后再按[READ]软键，再按[EXC]执行，屏幕闪烁“输入”，表示程序正在输入，输入结束后输入的程序以O2222存放在机床上，而与原来计算机上的文件名无关。
2、SIEMENS802D系统
1）通讯参数设置
在系统MDI面板上，同时按下按[shift]
和[system]
键进入机床配置界面，再按[数据入/出]-[RS232设置]软键，进入如图7-12通讯设定界面中进行RS232设置：
图7-12
同样根据实际需要将图7-12中各参数设置好，通常也是设置设备号、波特率和停止位几项即可，其余按默认值设置。
需要注意的是，在SIEMENS中需要根据要求选用文本形式还是二进制方式进行传输，通常程序文件采用文本形式，而参数与PLC通常采用二进制方式，采用二进制方式时只能用硬件流控制。
2）程序的发送：
设置好RS232通讯参数后，按[数据选择]键，进入数据传递界面，如图7-13，
图7-13
在该页中，用“▲”“▼”键选择要发送的数据内容，如果是发送零件程序，就选择第一行“零件程序和子程序”，在屏幕右边一栏中出现本机床中现有的程序和子程序，按[TAB]使光标键进入右栏，再根据需要用“▲”“▼”键选择要发送的程序文件，按[读出]软键将程序发送出去，系统出现数据输出进行中的信息框，如图7-14。
如果连接无误，程序就被传送到连接的计算机中去了。
注意，由于SIEMENS系统采用的流控制是硬件控制，故必须采用第一节中所介绍的标准串口连接线缆才能传输数据。
图7-14
3）程序的接收：
程序的接受是在图7-13中先选中要接收的数据类型，再按[读入]软件，系统跳出数据输入进行中的信息框，传输结束后，信息框自动关闭。
3、华中HNC-21系统
1）通讯参数设置：
在参数功能子菜单下按F3键弹出权限菜单，用▲▼选择用户权限选项按[Enter]键确认系统将弹出输入口令对话框，在参数功能子菜单下按F1键系统将弹出参数索引子菜单，用▲▼选择DNC参数选项按[Enter]键确定此时图形显示窗口将显示DNC参数的参数名及参数值如图7-15所示
图7-15
用▲▼键移动蓝色亮条到要设置的选项处，按Enter键则进入编辑设置状态用[►][◄][BS][Del]键进行编辑按[Enter]键确认，
按[Esc]键退出保存编辑，并保存为缺省值。
2）程序的发送：
在主菜单中选F2进入编辑功能菜单如图7-16中，按F1进入文件管理菜单，再用▲▼选中“发送串口文件”选项；按Enter键弹出如图7-17所示对话框，选择发送路径和文件名，等计算机与CNC数控系统联络成功后就开始传输文件，如要退出可按Alt-E退出，传输完毕后HNC-21T弹出对话框提示文件发送完毕
图7-16
图7-17
3）程序的接收：
在选择编辑程序菜单（如图7-16）中按F2，再用▲▼选中串口程序选项，按Enter键系统命令行提示正在和发送串口数据的计算机联络。
联络成功后开始传输文件，传输完毕上位计算机上弹出对话框提示文件发送完毕
HNC-21T的命令行提示接收串口文件完毕编辑器将调入串口程序到编辑缓冲区
三、常见数据通讯软件的设置与操作
1、CIMCOEDITV5软件
CIMCOEditV5是丹麦专业从事数控DNC的CIMCO软件公司专为数控编程而设计的专业软件。
它有强大而实用的数控编辑功能、文件的智能比较、刀位轨迹的三维模拟、DNC传输等功能。
其完全的Windows界面，一目了然的地址颜色。
1）软件界面如图7-18：
图7-18
2）程序的模拟校验
先打开需要模拟的程序，在菜单中按[程序模拟]后选择[窗口文件模拟]即可在程序窗口中打开模拟界面如图7-19
图7-19
3）串口通讯参数的设置
在菜单栏中选择[机床通讯]，再选择[DNC设置]，弹出如图7-20对话框，选择要通讯的机床，如Machine1，再选择对话框右下[设置]按钮，弹出图7-21参数设置对话框，在参数设置对话框中选择正确的端口（通常是COM1），再将波特率、数据位、停止位、奇偶校验位、数据流控制设置与机床侧一致，其余按默认设置即可，之后按[确定]、[确定]完成设置。
注意，如果通讯线缆采用3线制，必须选择为软件控制的流控制方式。
图7-20
图7-21
4）数据的接受与发送
通常当我们将程序编辑完，校验通过后，就可以进行数据通讯了，数据通讯的功能基本集成在如下工具栏中。
图中各按钮含义如下：
发送当前窗口中的文件；
发送当前窗口中的选定行；
在当前窗口已打开的文件中接收文件；
接收文件并在当前窗口中打开；
发送硬盘上的指定文件；
接收文件并立即保存到硬盘上，不在窗口中打开；
选择通讯的数控机床；
DNC参数设置；
如要发送程序到机床，在软件中选择好程序后，按下发送按钮，再到机床侧执行接收程序操作（可以重新命名），如果线缆连接无误，参数设置正确，就可看到一个数据传输进度对话框，否则会弹出出错信息框，当传输结束后，系统自动弹出数据传输成功的信息框，数据通讯完成。
如果要接收机床发送过来的程序，则要先在机床上执行发送程序操作，然后再到计算机上来按接收键，方可完成接收程序的操作。
对于机床参数与PLC程序也可用同样的方法进行传输。
2、华中WINDNC软件
华中WINDNC软件是武汉华中科技大学为华中数控系统订做的数据传输软件，其功能相对单一，主要实现数据传输，不具备文件比较和模拟等功能。
1）软件界面如图7-22：
图7-22
图7-22中各按钮、状态栏等控件含义如下：
1打开串口用于将所选择的串口打开如COM1口
2参数设置用于设置串口通讯中所用到的各种参数例如
3发送文件用于发送普通文件
4边传边加工当加工代码过大时在客户端发送部分加工代码在数控
装置端加工边接收边加工
5上传PLC用于将用户选择的客户端PLC文件传送到数控装置端
6下载PLC用于将数控装置端的PLC文件接收到用户所指定的客户
端的文件夹中
7上传参数用于将用户选择的客房端系统参数文件传送到数控装置
端
8下载参数用于将数控装置端的系统参数文件接收到用户所指定的客
户端的文件夹中
9文件名显示框用于显示当前客户端发送的文件名及文件所在的路
径
10串口状态显示框用于显示当前串口的开关状态及各项参数
11字符或数据输入框用于输入将要发送的字符串
12清空重置用于清空字符或数据输入框中的内容
13手动发送用于发送在字符或数据输入框中输入的字符串
14RX显示接收的字节数
15TX显示发送的字节数
16清空将RX及TX中的数值清成零
17退出退出系统
18、19图形化显示串口的开关状态
2）串口通讯设置：
单击[参数设置]，进入如图7-23画面：
图7-23
根据机床配置要求对应的配置好串口通讯参数。
3）发送数据：
发送程序文件单击[发送文件]，进入如图7-24画面：
图7-24
选择所要发送的文件后，按[打开]，在图7-18中9位置出现文件路径，供用户校对文件是否正确，如图7-25。
并在发送过程中在下方状态栏中显示发送接收字节数，如图7-26。
图7-25
图7-26
边传边加工边传边加工与发送普通文件的操作方法是相同的也是在如图7-24中选择一个需要加工的文件按下打开键开始发送与发送普通文件的方法不同之处在于是一段一段的发送加工文件当数控数控装置端请求发送下一段时才发送。
PLC上传及数控系统参数上传PLC上传是将用户在客户端中所选择的一个目录中的PLC文件成批的一次传送给数控机端。
当用户按下上传PLC也就是图7-22中的标志5后将会弹出“浏览文件夹”的一个对话框此时用户可在对话框中选择所要传送文件的路径如图7-27当所选择的对话框中的文件夹的图型是一种打开的型态时表示就是传送此文件夹下的PLC文件
参数文件的上传与PLC上传的方法是一样的，只是用户在图7-27中
所选择的目录应该是参数文件夹
图7-27
发送字符串此功能用于发送字符串，用户可在图7-28中的字符或数据输入框中输入要发送的字符串然后在图7-22中标志11中输入一串字符点击[手动发送]，如图7-28，发送完成后可用清空重置来清空输入框以方便下次发送。
图7-28
3、WINPCIN传输软件
WINPCIN是SIEMENS数控系统提供的专用数据传输软件，具有界面简洁、通用性好，功能朴实，使用方便的特点。
1）软件界面如图7-29：
图7-29
2）串口设置
在数据传输前，也要先设置串口参数，单击图7-29中接口设定[RS232Config]按钮，进入图7-30串口设置界面，根据传输要求对图7-30中各参数配置，选定串口号和波特率，另外文挡目录提供给软件一个默认的搜索路径。
数据位和停止位因为软件是针对SIEMENS的，所以通常默认的8、1和机床上的是一致的，一般不用修改，其余各项通常也按默认设置。
设置结束后单击存储并激活按钮[Save&Activate]，使设置内容生效。
文档目录
图7-30
3）程序发送
在图7-29中选择[TextFomat]，在选择发送数据的[SendDate]按钮，软件将弹出如图7-31的文件选择对话框，选择正确的文件后按[打开]，当机床侧执行数据输入操作后，开始传送数据。
图7-31
在发送过程中在软件左下显示发送字节数，如图7-32，若需要终止发送可按图7-32下方的[AbortTransfer]键终止发送。
4）程序的接收
先在机床侧执行数据发送操作，而后在图7-29中选择接收数据[ReceiveDate]，按钮，软件弹出类似与图7-31的对话框，要求用户给定接收后文件的名称，按[保存]后即可接收机床侧发送过来的数据。
图7-32
本节可实施项目：
用CIMCOEDIT和PCIN实现单机数据通讯
项目组织形式：
分组实施，5人左右一组。
项目目标：
通过项目训练熟悉CIMCOEDIT和WINPCIN两种软件。
项目要求：
1、正确设定串口通讯参数。
2、使用上节制作的标准串口连接线，每组向机床发送、接收各一个程序。
项目准备：
1、数控车间。
2、连接电缆（检测通过，避免有短路线）。
3、传输软件。
4、计算机一台。
项目时间：
4课时。
第三节多机联控方案
采用单机通讯的方法后，有效的解决了采用原始的手工键盘输入方式中存在的效率低、占机时长、易出错的弊病。
但是在实际使用中，我们发现，采用单机通讯的方法还是存在以下缺点：
1、如果同时需要传几台机床，这种方法无法实现；2、如果一台计算机针对一台数控机床，设备资源浪费；3、如果计算机经常移动，以应对多台机床的传输任务时，串口易损坏；4、车间环境恶劣，计算机维护困难；5、程序的收发不能实现远程请求功能，操作人员必须在计算机与机床间来回跑动；6、多人操作一台计算机，程序文件的管理混乱。
针对以上问题，我们还要提出新的解决方案，就是将车间机床联网，采用一台上位服务器实现多台数控机床联网控制。
一、多机联控的连接形式
通常，机床联网系统包括：
（1）网络服务器、
（2）局域网线、（3）CAD/CAM计算机、（4）软件管理系统、（5）联网系统主控机、（6）远程通讯接口、（7）通讯电缆、（8）数控机床等。
常见的多机联控的车间网络结构如图7-33，图中FILESERVER是文件管理服务器，蓝线表示采用TCP/IP协议实现计算机与计算机之间的通讯，红线表示的是串口服务器与机床之间的通讯。
由图可见，整个机床联网系统中，每一台设备都能与系统中的其他设备进行通讯，再根据软件系统中设定的各级权限，实现程序数据的分级管理。
图7-33
二、多机联控中常用的硬件
目前，已有许多数控系统支持以太网数据通讯，如日本FANUC0I以上系统、德国HEIDENHAINMANUEL系统、SIEMENS840以上和国产的蓝天数控、华中数控系统等等，但很多市场上在用的经济型数控设备往往还只是支持串口通讯，而且作为工业控制的一种基础标准，RS232串口通讯标准是绝大多数工业设备所共同支持的，本书考虑用户实用性，主要还是介绍以串口通讯的方式来实现机床联网。
1、多串口扩充卡
由于目前的计算机通常只有1-2个串口，即COM1和COM2，要让一台服务器同时连接多台数控设备时，就必须采用多串口扩充卡，也称多串口通讯卡，一般采用PCI插槽接口，也有采用ISA插槽接口的，其作用就是将计算机上的串行口数目进行扩展，常见的扩充卡有4口、8口、16口等。
扩充卡外形如图7-34。
图7-34
2、串口服务器
多串口扩充卡的扩充能力较小，以单卡16口扩充计算，如一台电脑有三个扩展槽，最多也只能扩展成48个串口，如果要更多的控制口，必须要用几台电脑扩充，程序不便于管理，另外，由于多口集成在PVC板卡上，如果板卡损坏往往造成该卡上所有串口全部失效，而且由于还是RS232的串口协议，传输距离还受15m的限制。
目前为了弥补多串口卡的不足，以MOXA公司为代表的一些厂商推出了新一代的串口服务器，串口服务器通常也有单口、2口、4口、到16口的，各个串口服务器可以再通过集线器或交换器连接起来，使它的最大扩展能力可以达256口，如再使用路由，可以更大的扩展。
在数据传输方面，计算机与串口服务器之间传输时以以太网TCP/IP传输协议传输，串口服务器与串口终端（数控设备）间传输以RS232协议传输，所以计算机到服务器之间的传输距离可以提高到100m，传输速度可达10M，正是因为串口服务器存在的这些优越性，目前在工业界其应用正越来越广泛。
常见的串口服务器外形如图7-35。
MOXA16口串口服务器
MOXA单口串口服务器
图7-35
在实际车间布线联网时，建议使用单口服务器，因为采用单串口服务器，一旦发生故障，只会影响到一台机床；而采用多串口服务器就会出现多台机床受影响的情况，其网络结构形式如图7-36。
所以采用单串口服务器可以确保了整个系统的稳定运行，另外单串口硬件方案具有良好的可扩展性，当客户增加新机床时，仅需增加一个新的硬件，方便灵活，建设成本低。
图7-36
3、连接电缆
在多机联控的网络结构中，连接电缆的品质直接影响数据传输的稳定性，通常我们在进行联网布线中所使用的电缆为超五类屏蔽双绞线，连接器的接线方式在本章第一节中已有介绍，此处不再赘述。
三、实现多机联控的DNC软件介绍
目前，针对机床联网的DNC软件很多，国际上较为专业的有丹麦的CIMCODNC-MAX、美国的ExtremeDNCServer，国内产品有北京雷梯斯特软件公司的CNC-LINK、北京华洋宏软件公司的NET-DNC、北京机床所精密机电有限公司的JCSEthernet
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