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、互利互惠的動態(tài)企業(yè)聯(lián)盟,有效地實現(xiàn)研究、設(shè)計、銷售各種資源的重組,從而提高企業(yè)的市場快速響應(yīng)和競爭能力的新模式,其本質(zhì)是制造技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合的一種先進制造模式[1]。而數(shù)控技術(shù),作為先進制造技術(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)控加工的重點技術(shù)之一。
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)控程序的同時加工工件,對于數(shù)據(jù)的實時性有著嚴格的要求。這個實時性,就是指在加工過程中,當數(shù)控機床需要時,始終有數(shù)控程序供應(yīng)給機床,這要求與數(shù)控機床連接的網(wǎng)絡(luò)控制器,始終保持一定的數(shù)據(jù)緩沖[2]。當數(shù)控程序過于龐大,加工周期長的情況下,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,部分數(shù)據(jù)將被丟失,導(dǎo)致數(shù)據(jù)過載。數(shù)據(jù)過載時,刀位點產(chǎn)生跳躍,數(shù)控機床或者不能正確解析數(shù)控程序而自動停止,或者加工繼續(xù)而導(dǎo)致工件精度超差,情況嚴重時甚至?xí)p壞刀具和機床。而網(wǎng)絡(luò)控制器如果長時間沒有接收到數(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)緩沖維持在一個合理的水平,是問題的關(guān)鍵。只有在網(wǎng)絡(luò)控制器的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)速度達到匹配時,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,就是通過建立合理的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收規(guī)則,來達到控制數(shù)據(jù)緩沖量的目的。
數(shù)控程序數(shù)據(jù)傳輸,可采用延緩機制和流控機制相結(jié)合的方法,來處理速度匹配問題。如系統(tǒng)原理圖圖1所示的數(shù)據(jù)傳輸過程中,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)送完一個數(shù)據(jù)包后,延緩一定的時間,使每個數(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)控機床間通信的波特率相等,這就是延緩機制。但是,由于機床存儲容量的限制,數(shù)控機床和網(wǎng)絡(luò)控制器間采用流控協(xié)議來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?,?dǎo)致實際的發(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,從而丟失部分數(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制,網(wǎng)絡(luò)控制器接收到來自數(shù)控機床信號后,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,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)控制器間的流控機制。但如果只采用流控機制,將導(dǎo)致在數(shù)控程序傳輸?shù)拈_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,必須采用延緩機制和流控機制相結(jié)合的方法,來保證緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)維持在一個合理的范圍內(nèi),不發(fā)生溢出,也不會空載。
圖1 數(shù)控程序數(shù)據(jù)傳輸原理圖
延緩時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)機床間的波特率,此處,lbaud=lbps;
Da,Db,Dc,Dd——串行通信時起始位、數(shù)據(jù)位、校驗位、停止位的位數(shù);
Ts——計算機上發(fā)送一個數(shù)據(jù)包需要的時間(s);
Tp——延緩時間(s);
Cp——計算機上發(fā)送文件時數(shù)據(jù)包的字節(jié)數(shù)(byte);
Cb——DNC控制器緩沖區(qū)的大?。╞yte);
可以計算出DNC控制器每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)Vc,
每個數(shù)據(jù)包由DNC控制器輸出的時間Tg為
得到延緩時間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是計算機發(fā)送一個數(shù)據(jù)包所用時間,這個時間與當時計算機的負載情況和計算機的運算能力相關(guān)。
數(shù)控程序傳輸線路規(guī)程制定的發(fā)送過程如下:在發(fā)布數(shù)控程序發(fā)送命令后,啟動數(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,同時啟動接收線程,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)送和接收準備,對于需要觸發(fā)信號的數(shù)控機床,網(wǎng)絡(luò)控制器偵聽串口,在接收到數(shù)控機床發(fā)送的觸發(fā)信號后,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)信號信息給網(wǎng)絡(luò)通信平臺,網(wǎng)絡(luò)通信平臺在接收到初始化成功信息后,開始發(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)送的請求發(fā)送信息,在接收到網(wǎng)絡(luò)控制器發(fā)送的請求發(fā)送信息后,發(fā)送下一個數(shù)據(jù)包。這樣循環(huán)發(fā)送,直至數(shù)據(jù)全部發(fā)送。
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)控加工過程中數(shù)據(jù)傳輸時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)過載或數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象;直接對數(shù)據(jù)緩沖進行操作,安全性更高;系統(tǒng)構(gòu)架上可以插入監(jiān)控功能模塊,可實現(xiàn)對加工過程的實時監(jiān)控;采用延緩機制和流控機制相結(jié)合的方法,在程序上實現(xiàn)較為復(fù)雜。
[1]國家計委高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展司發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化制造對策研究課題組.發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化制造對策研究報告[C].北京:2002.
[2]閻偉國.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.