DNC信息系統(tǒng)中串行通信技術的研究與開發(fā)

　　引言

　　當控制計算機與各數控機床相距較遠時，一般采用串行通信方式而不采用并行通信方式。這是因為并行通信系統(tǒng)的造價較高、眾多的連線不僅容易引入干擾，也容易發(fā)生線路故障。控制系統(tǒng)中常用的串行通信一般采用RS-232C串行總線標準。RS-232C是電子工業(yè)協(xié)會(EIA)推薦的一種普及型異步通信總線標準，目前已廣泛應用到了計算機系統(tǒng)中外圍設備與主機的連接中。但是RS-232C應用于計算機系統(tǒng)時存在如下問題：(1)傳送距離過近：由于受負載電容容許值的限制，其傳送距離一般不得超過15Ｍ；(2)電平偏移：由于信號地公用且通信雙方的信號地需連結在一起，RS-232C應用于長距離通信時信號地線上會存在較大的電流，使得電平發(fā)生偏移，容易造成傳輸錯誤；(3)潛在的接地問題：RS-232C總線有一個信號地和一個屏蔽保護地，通信中，雙方的信號地需連在一起，但是屏蔽保護地卻不一定允許接在一起，同時DTE的信號地與屏蔽保護地之間又不一定絕緣，這就存在一個潛在的接地問題，使得系統(tǒng)的抗干擾能力較差。

　　為了擴大串行通信的有效傳輸距離，提高通信傳輸速率，增強抗干擾能力，EIA制定了RS-422/485串行總線通信標準，也叫雙端接口電氣標準或平衡傳輸電氣標準。RS-422/485與RS-232C的關鍵不同之處在于將單端輸入改為雙端差分輸入，信號地不再共用，通信雙方的信號地不再連在一起。RS-422/485的優(yōu)點在于：(1)采用雙端差分輸入，總線的抗干擾能力強；(2)互連雙方的信號地分立，兩條信號線形成回路，避免了電平偏移，同時也避免了RS-232C中的潛在接地問題；(3)輸出端采用雙端平衡驅動，其信號放大倍數高，信號傳輸距離遠。RS-422支持全雙工串行通信，RS-485支持半雙工串行通信。

　　在本文涉及的DNC（Direct Numerical Control or Distributed Numerical Control）信息系統(tǒng)中，由于每個生產單元的數控機床數目都遠遠超過計算機所配置的串口數（一般為兩個），因此在本系統(tǒng)采用了臺灣MOXA公司生產的C320Turbo/PCI型多串口卡/板，以達到擴展串口的目的。同時為了擴大通信的有效傳輸距離，本系統(tǒng)采用了RS-232長距光隔轉發(fā)器（串口長線收發(fā)器FC232）。在此基礎上，本文提出了一種滿足企業(yè)生產需求的數控機床數據傳輸系統(tǒng)的網絡結構，并對該結構中的DNC數據傳輸的實現(xiàn)進行了詳細的描述。

　　1 系統(tǒng)網絡體系結構

　　圖1所示為DNC數據傳輸系統(tǒng)的網絡體系結構。整個DNC數據傳輸系統(tǒng)由管理層和設備層組成，管理層由1臺計算機、RS-232C通訊擴展卡/板及有關外圍設備組成，用來完成零件NC程序的管理和傳送等功能。設備層由數控機床和相應通訊接口組成，其中通信接口具有雙向傳送功能，實現(xiàn)NC程序或者控制程序的雙向傳輸。DNC系統(tǒng)除了常規(guī)的NC程序上/下載外，還能較好滿足邊加工邊傳遞NC程序的要求。
　　

1 系統(tǒng)網絡結構

　　有兩點需要注意的是，（1）當所要控制和通信的數控機床數超過DNC主機自配置的串口時，將會帶來一定的不便。本系統(tǒng)采用MOXA Intellio C320Turbo/PCI多串口卡（C32010T/PCI）和多串口擴展板（C32047T）來實現(xiàn)串口擴展的問題；（2）當DNC主機與數控機床通訊距離較遠時（超過15ｍ），使用標準的RS-232C電纜就不能進行有效的通訊了。另外，通訊雙方設備使用電纜直通連接，在兩端設備不共地或引入處有電源干擾時，往往會毀壞設備接口。本系統(tǒng)采用RS-232長距光隔轉發(fā)器（串口長線收發(fā)器FC232，成對使用）來解決10Km以內距離的RS-232設備間通訊時的延長距離和保護接口問題，其中FC232可以直接插在C32047T上，圖中的線起的是示意作用。由于FC232可直接插于RS-232接口上，不需外接電源，兼容RS-232接口軟件編程標準，這也給工程人員施工帶來方便。