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， 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)物流的集成與自動化,， 雖然具有運(yùn)行效率高和自動化程度高等優(yōu)點(diǎn),， 但投資風(fēng)險大、見效慢,、可靠性較差,。相對于FMS, DNC 是投資小、見效快,、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,?；緝?nèi)容如表1 所示。

表1 DNC 分類

　　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,， 如圖1 所示， 在當(dāng)時大家還普遍使用單機(jī)傳輸?shù)哪甏?此方式是一種創(chuàng)新,， 可以說它代表了當(dāng)時我國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ISA（ 或PCI） 插卡的方式與計(jì)算機(jī)連接,， 再通過一根帶屏蔽的10 芯電纜線連接通訊模塊,， 每個通訊模塊帶8 個通訊口， 可以實(shí)現(xiàn)多個通訊模塊級聯(lián),， 每個通訊口最多帶8 個節(jié)點(diǎn),， 每個計(jì)算機(jī)又可以擴(kuò)展4 個ISA（ 或PCI） 插卡， 這樣一臺計(jì)算機(jī)最多可以擴(kuò)展256 個RS- 232 接口,。通訊模塊與計(jì)算機(jī)之間距離不能太長,， 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,， 它能將多個串口設(shè)備連接并能對串口數(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,， 而無須過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)器完成的是一個面向連接的RS232 鏈路和面向無連接以太網(wǎng)之間的通訊數(shù)據(jù)的存儲控制， 系統(tǒng)對來自串口設(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,，對來自以太網(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)下的一個標(biāo)準(zhǔn)串口，應(yīng)用程序可以像對普通串口一樣對其進(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)上的任何一個計(jì)算機(jī)， 也可以把來自局域網(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,。

圖3 帶串口服務(wù)器的廣義DNC 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

　　串口服務(wù)器真正的優(yōu)勢以及價值的體現(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)方式可以將整個企業(yè)的數(shù)控系統(tǒng)連接到網(wǎng)絡(luò)上，在組網(wǎng)過程中， 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,，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4 所示,。

圖4 帶串口服務(wù)器的廣義DNC 以太網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

　　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,。基于工業(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)的不確定問題,，使以太網(wǎng)有能力滿足實(shí)時系統(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)備不存在資源爭奪， 這就相當(dāng)于每個設(shè)備獨(dú)占一個網(wǎng)段,； 再次， 全雙工通信技術(shù)又為每一個設(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),； 對于只具備RS232 或RS485等串行接口的數(shù)控設(shè)備，通過串口服務(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)器對數(shù)控設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)控制管理,， 如圖5 所示,。

圖5 基于以太網(wǎng)的DNC 模式結(jié)構(gòu)圖

　　基于以太網(wǎng)的DNC 系統(tǒng)使車間乃至整個企業(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,，同時企業(yè)聯(lián)盟可通過訪問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)通過服務(wù)器接口,，對外提供服務(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)對網(wǎng)絡(luò)擁有充分的控制權(quán),，隨時可以與外界進(jìn)行連接。因此,，使用VPN 技術(shù)將制造企業(yè)聯(lián)盟的車間DNC 系統(tǒng)通過VPN 集成起來,，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

　　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)帶來了巨大的影響,。在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)全球化的時代,，為了快速響應(yīng)市場需求， 提高企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)能力,， 縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,， 降低開發(fā)成本， 提高企業(yè)的競爭能力,， 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,，乃至制造聯(lián)盟以及合作企業(yè)部門間的信息通信集成。通過DNC 系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)企業(yè)動態(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,。