王 磊，黃志偉

（湛江師范學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)工程學(xué)院機(jī)電工程系，廣東湛江524048）

網(wǎng)絡(luò)化制造是按照敏捷制造的思想，采用Internet技術(shù)，建立靈活有效、互利互惠的動(dòng)態(tài)企業(yè)聯(lián)盟，有效地實(shí)現(xiàn)研究、設(shè)計(jì)、銷售各種資源的重組，從而提高企業(yè)的市場(chǎng)快速響應(yīng)和競(jìng)爭(zhēng)能力的新模式，其本質(zhì)是制造技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合的一種先進(jìn)制造模式[1]。而數(shù)控技術(shù)，作為先進(jìn)制造技術(shù)的一種代表性技術(shù)發(fā)展迅速，和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合日趨緊密。

網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控加工技術(shù)具體包括以下內(nèi)容：網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控加工模型的建立，產(chǎn)品特征造型的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布與瀏覽，產(chǎn)品的仿真加工，數(shù)控代碼的傳輸，遠(yuǎn)程數(shù)控加工和監(jiān)控。其中數(shù)控代碼數(shù)據(jù)的傳輸方法是網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控加工的重點(diǎn)技術(shù)之一。

1 基本原理

網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控中數(shù)控程序的傳輸，必須符合一定的條件。在采用傳輸數(shù)控程序的同時(shí)加工工件，對(duì)于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性有著嚴(yán)格的要求。這個(gè)實(shí)時(shí)性，就是指在加工過(guò)程中，當(dāng)數(shù)控機(jī)床需要時(shí)，始終有數(shù)控程序供應(yīng)給機(jī)床，這要求與數(shù)控機(jī)床連接的網(wǎng)絡(luò)控制器，始終保持一定的數(shù)據(jù)緩沖[2]。當(dāng)數(shù)控程序過(guò)于龐大，加工周期長(zhǎng)的情況下，網(wǎng)絡(luò)控制器一次接收的數(shù)據(jù)超出數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)緩沖空間，部分?jǐn)?shù)據(jù)將被丟失，導(dǎo)致數(shù)據(jù)過(guò)載。數(shù)據(jù)過(guò)載時(shí)，刀位點(diǎn)產(chǎn)生跳躍，數(shù)控機(jī)床或者不能正確解析數(shù)控程序而自動(dòng)停止，或者加工繼續(xù)而導(dǎo)致工件精度超差，情況嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)p壞刀具和機(jī)床。而網(wǎng)絡(luò)控制器如果長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有接收到數(shù)據(jù)，將導(dǎo)致欠載，欠載將不能繼續(xù)給數(shù)控機(jī)床供應(yīng)數(shù)控程序，加工出的工件將出現(xiàn)明顯的粗糙度差別。因此，如何把數(shù)據(jù)緩沖維持在一個(gè)合理的水平，是問(wèn)題的關(guān)鍵。只有在網(wǎng)絡(luò)控制器的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)速度達(dá)到匹配時(shí)，數(shù)據(jù)緩沖就可以維持在合理的水平上。數(shù)據(jù)傳輸線路規(guī)程，就是通過(guò)建立合理的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收規(guī)則，來(lái)達(dá)到控制數(shù)據(jù)緩沖量的目的。

2 技術(shù)方案

數(shù)控程序數(shù)據(jù)傳輸，可采用延緩機(jī)制和流控機(jī)制相結(jié)合的方法，來(lái)處理速度匹配問(wèn)題。如系統(tǒng)原理圖圖1所示的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，數(shù)控程序分割為大小合理數(shù)據(jù)包后循環(huán)發(fā)送，在發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)包后，延緩一定的時(shí)間，使每個(gè)數(shù)據(jù)包由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器發(fā)出的平均速度與網(wǎng)絡(luò)控制器和數(shù)控機(jī)床間通信的波特率相等，這就是延緩機(jī)制。但是，由于機(jī)床存儲(chǔ)容量的限制，數(shù)控機(jī)床和網(wǎng)絡(luò)控制器間采用流控協(xié)議來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，?dǎo)致實(shí)際的發(fā)送速度可能低于選擇的波特率，如果單純采用延緩機(jī)制，將可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)控制器的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿載，以至于數(shù)據(jù)溢出，從而丟失部分?jǐn)?shù)控程序。因此網(wǎng)絡(luò)控制器和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器間，同樣需要采用流控機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)控制器接收到來(lái)自數(shù)控機(jī)床信號(hào)后，轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器根據(jù)得到的信號(hào)，選擇繼續(xù)發(fā)送或者停止發(fā)送，這就是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)控制器間的流控機(jī)制。但如果只采用流控機(jī)制，將導(dǎo)致在數(shù)控程序傳輸?shù)拈_(kāi)始階段就將網(wǎng)絡(luò)控制器的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)充滿。因此，必須采用延緩機(jī)制和流控機(jī)制相結(jié)合的方法，來(lái)保證緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)維持在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，不發(fā)生溢出，也不會(huì)空載。

圖1 數(shù)控程序數(shù)據(jù)傳輸原理圖

延緩時(shí)間可從以下公式中求解。

定義下列變量：

B——DNC控制器和數(shù)據(jù)機(jī)床間的波特率，此處，lbaud=lbps；

Da，Db，Dc，Dd——串行通信時(shí)起始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位的位數(shù)；

Ts——計(jì)算機(jī)上發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包需要的時(shí)間（s）；

Tp——延緩時(shí)間（s）；

Cp——計(jì)算機(jī)上發(fā)送文件時(shí)數(shù)據(jù)包的字節(jié)數(shù)（byte）；

Cb——DNC控制器緩沖區(qū)的大?。╞yte）；

可以計(jì)算出DNC控制器每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)Vc，

每個(gè)數(shù)據(jù)包由DNC控制器輸出的時(shí)間Tg為

得到延緩時(shí)間Tp為

由此可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)包的大小Cp的選擇非常重要，Cp與DNC控制器的緩沖區(qū)大小與Cb有關(guān)。Ts是計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包所用時(shí)間，這個(gè)時(shí)間與當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的負(fù)載情況和計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力相關(guān)。

3 數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程

數(shù)控程序傳輸線路規(guī)程制定的發(fā)送過(guò)程如下：在發(fā)布數(shù)控程序發(fā)送命令后，啟動(dòng)數(shù)控程序發(fā)送線程，在線程中首先創(chuàng)建連接網(wǎng)絡(luò)控制器的Socket，在連接成功后，向網(wǎng)絡(luò)控制器發(fā)送初始化信息，同時(shí)啟動(dòng)接收線程，網(wǎng)絡(luò)控制器在接收到初始化信息后，做好數(shù)控程序的發(fā)送和接收準(zhǔn)備，對(duì)于需要觸發(fā)信號(hào)的數(shù)控機(jī)床，網(wǎng)絡(luò)控制器偵聽(tīng)串口，在接收到數(shù)控機(jī)床發(fā)送的觸發(fā)信號(hào)后，網(wǎng)絡(luò)控制器發(fā)送初始化成功信息和己接收到觸發(fā)信號(hào)信息給網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)在接收到初始化成功信息后，開(kāi)始發(fā)送數(shù)控程序，首先按照設(shè)定的網(wǎng)絡(luò)控制器數(shù)據(jù)緩沖大小循環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù)至緩沖滿載，然后恢復(fù)接收線程，等待網(wǎng)絡(luò)控制器發(fā)送的請(qǐng)求發(fā)送信息，在接收到網(wǎng)絡(luò)控制器發(fā)送的請(qǐng)求發(fā)送信息后，發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)包。這樣循環(huán)發(fā)送，直至數(shù)據(jù)全部發(fā)送。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用文中敘述的數(shù)據(jù)傳輸方案，能有效避免網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控加工過(guò)程中數(shù)據(jù)傳輸時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)過(guò)載或數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象；直接對(duì)數(shù)據(jù)緩沖進(jìn)行操作，安全性更高；系統(tǒng)構(gòu)架上可以插入監(jiān)控功能模塊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控；采用延緩機(jī)制和流控機(jī)制相結(jié)合的方法，在程序上實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。

[1]國(guó)家計(jì)委高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展司發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化制造對(duì)策研究課題組.發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化制造對(duì)策研究報(bào)告[C].北京：2002.

[2]閻偉國(guó).網(wǎng)絡(luò)化制造模式下DNC關(guān)鍵技術(shù)研究[D].大連:大連理工大學(xué)，2003.