DNC 分布式數(shù)字控制（ DiSTributed Numerical Control） , 是以計算機(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)床與上層控制計算機(jī)集成起來， 從而實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的集中控制、管理， 以及數(shù)控機(jī)床與上層控制計算機(jī)間的信息交換。它是現(xiàn)代機(jī)械加工企業(yè)實現(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。基本內(nèi)容如表1 所示。

表1 DNC 分類

　　目前， 在實際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)， 每個計算機(jī)又可以擴(kuò)展4 個ISA（ 或PCI） 插卡， 這樣一臺計算機(jī)最多可以擴(kuò)展256 個RS- 232 接口。通訊模塊與計算機(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，實現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的靈活組網(wǎng)，實現(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)備實現(xiàn)信息互通，從而實現(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。可使用VPN 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，實現(xiàn)聯(lián)盟間的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計、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)計到生產(chǎn)制造最終到管理和營銷等業(yè)務(wù)的具體實現(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)計和遠(yuǎn)程制造加工。