故障現(xiàn)象

DNC（Distributed Numerical Control）稱 為分布式數(shù)字控制，把與制造過程有關(guān)的設(shè)備(如數(shù)控機床等)與上層控制計算機集成起來，接入企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)，將零件NC加工代碼上傳到服務(wù)器統(tǒng)一進行管理，通過授權(quán)實現(xiàn)代碼的上傳和下載。這樣數(shù)控設(shè)備就變成了TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的一個用戶終端，實現(xiàn)了DNC網(wǎng)絡(luò)與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸與共享。但數(shù)控系統(tǒng)的多樣性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膹?fù)雜性，導(dǎo)致DNC網(wǎng)絡(luò)通訊故障不易定位和排查。

某日，接到車間數(shù)控技術(shù)員電話，說是有一臺DNC設(shè)備不能從服務(wù)器下載零件的NC加工代碼文件，但可以上傳NC代碼文件。由于本月生產(chǎn)任務(wù)急，希望能盡快解決。

故障分析

筆者單位的數(shù)控機床接入DNC網(wǎng)絡(luò)主要有兩種方式，一種最近幾年購買的新機床，以網(wǎng)口直接接入；另一種是過去購買的老機床，用單串口服務(wù)器接入，每一單串口服務(wù)器對應(yīng)一臺數(shù)控加工設(shè)備，安裝在機床控制柜或控制面板箱內(nèi)，其一端通過RS-232C接口與數(shù)控機床的串口相連接，另一端通過RJ45接口直接連入企業(yè)局域網(wǎng)。DNC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 DNC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

DNC系統(tǒng)是將數(shù)控技術(shù)、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進技術(shù)進行集成的軟硬一體系統(tǒng)，發(fā)生故障的環(huán)節(jié)較多，故障原因難以確定。不能下載零件NC加工代碼文件的故障表明DNC服務(wù)器與DNC設(shè)備不能正常通訊和進行數(shù)據(jù)交換，這可能是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)故障，也可能是DNC系統(tǒng)中負責(zé)機床通訊的端口設(shè)置不當(dāng)?shù)溶浖收希仨殢姆?wù)器端、機床數(shù)控系統(tǒng)以及局域網(wǎng)的硬件和軟件等多方面一一進行排查。

本次發(fā)生故障的DNC設(shè)備是以單串口服務(wù)器接入DNC網(wǎng)絡(luò)的,型號為MOXA NPort 5110（如圖 2）。該串口服務(wù)器主要有兩個作用：一是將來自TCP/IP協(xié)議數(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)流轉(zhuǎn)換成TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)包；二是提供了串口轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)功能，能夠?qū)S-232串口轉(zhuǎn)換成TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口，實現(xiàn)了RS-232串口與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)雙向透明傳輸，連接網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通訊，擴展串口設(shè)備的通信距離。因此，串口服務(wù)器的故障直接影響DNC網(wǎng)絡(luò)的通訊以及數(shù)據(jù)傳輸功能，必須將串口服務(wù)器也列入排查范圍，只有正確配置串口服務(wù)器，才能確保協(xié)議轉(zhuǎn)換和網(wǎng)絡(luò)通訊正常。

故障排查

根據(jù)故障分析，筆者從TCP/IP網(wǎng)絡(luò)和DNC系統(tǒng)兩個方面進行故障排查。

1.TCP/IP網(wǎng)絡(luò)

串口服務(wù)器NPORT 5110上Link指示燈代表網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)，正常工作狀態(tài)為綠色長亮；若熄滅，則表示DNC系統(tǒng)存在網(wǎng)絡(luò)故障，此時應(yīng)和網(wǎng)絡(luò)管理員配合用測線儀等網(wǎng)絡(luò)檢測工具檢查網(wǎng)絡(luò)線路、各級交換機以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)置是否正確。

檢測局域網(wǎng)物理連接的聯(lián)通狀態(tài)時，常使用Ping命令進行。與故障DNC設(shè)備相連的單串口服務(wù)器德IP地址是135.42.26.10。登錄DNC服務(wù)器,打開CMD，運行“ping 135.42.26.10 -t”命令，命令能夠被正確執(zhí)行，LOST丟包率為%，沒有丟包現(xiàn)象，相應(yīng)時間TIME＜1ms,也沒有延遲現(xiàn)象。以Web形式登錄串口服務(wù)器的配置界面，檢查IP地址、子網(wǎng)掩碼等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)也符合要求。觀察串口服務(wù)器NPORT 5110上Link指示燈長亮，說明局域網(wǎng)物理連接狀態(tài)良好，可以排除網(wǎng)絡(luò)故障。

圖2 單串口服務(wù)器MOXA NPort 5110

2.通訊端口設(shè)置

串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗和流控制。不同的數(shù)控系統(tǒng)的通訊端口參數(shù)設(shè)置不同。對于兩個進行通訊的二進制串行端口，這些參數(shù)必須相同。

故障DNC設(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)為FANUC 18M，系統(tǒng)通訊接口為RS-232C。串口通信參數(shù)如下：波特率為9600，數(shù)據(jù)位為7，停止位為2，奇偶校驗為偶，流控制采用軟件控制，XOn字符為“ASCII 17/ DC1”，XOff 字符為“ASCII 19 / DC3”。

經(jīng)檢查，DNC服務(wù)器的端口參數(shù)、串口服務(wù)器上的端口參數(shù)、數(shù)控系統(tǒng)上串口通信參數(shù)設(shè)置完全相同，符合FANUC系統(tǒng)的通訊要求；串口服務(wù)器的工作模式為Real COM Mode（虛擬串口），虛擬串口與對應(yīng)的串口服務(wù)器也進行了IP綁定，可以排除端口設(shè)置不正確引起的通訊故障。

3.串口通訊電纜

排查到此，局域網(wǎng)通訊正常，DNC服務(wù)器端和設(shè)備端通訊端口設(shè)置、串口服務(wù)器工作模式配置正確，所有可能引起通訊故障的主要因素都已排查完畢，仍然沒有定位故障的確切原因。

仔細回想一下，我發(fā)現(xiàn)自己還忽略了DNC網(wǎng)絡(luò)的最后一段線路沒有排查，這就是串口通訊電纜。串口通訊電纜用于串口服務(wù)器和機床數(shù)控系統(tǒng)的兩個串口之間的通訊連接，串口通訊電纜的物理損傷或虛焊、接觸不良都會導(dǎo)致通訊故障，看來必須對串口通訊電纜進行排查了。

故障解決

立即查閱了有關(guān)資料，對串口通訊電纜的通訊方式和接線方法進行了解。

該DNC設(shè)備采用的RS-232C接口是現(xiàn)代工業(yè)控制最常見的通訊接口，它是在1969年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）制定的，用于在數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間的串行二進制數(shù)據(jù)交換接口。最初為25針串口（DB25），后來簡化為9針串口（DB9）。

表1 RS-232C串口通信接線方法（三線制）

串口傳輸數(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送針腳就能實現(xiàn)，最為簡單且常用的是三線制接法（見表1），即GND信號地、RXD接收數(shù)據(jù)和TXD發(fā)送數(shù)據(jù)三腳相連。具體接法為：RXD接收數(shù)據(jù)針腳（或線）與TXD發(fā)送數(shù)據(jù)針腳（或線）相連，彼此交叉，GND信號地對應(yīng)相接。

立即趕往車間，打開設(shè)備的電器控制柜，發(fā)現(xiàn)該機床使用的通訊電纜是采用屏蔽雙絞線手工焊接的，雙絞線一共有8根銅線，使用了其中3根，一端與九孔的串口轉(zhuǎn)接座的引腳焊接后，再插入串口服務(wù)器MOXA NPort 5110的9針串口；另一端直接焊在設(shè)備的25針RS-232C的串口針腳上，其中有1根銅線脫落。

對照RS-232C串口通信接線方法表1，脫落的銅線與DB-25的RXD接收數(shù)據(jù)的引腳3相連。因此，當(dāng)從DNC設(shè)備遠程請求下載程序時，引腳3所連銅線脫落導(dǎo)致接收數(shù)據(jù)的線路物理故障，不能與服務(wù)器進行通訊，無法連接服務(wù)器接收數(shù)據(jù),在數(shù)控系統(tǒng)中就看不到程序列表了，自然也就無法下載零件NC加工代碼文件。而用于發(fā)送的TXD發(fā)送數(shù)據(jù)銅線物理聯(lián)通正常，當(dāng)然可以正常上傳NC代碼文件到DNC服務(wù)器了。

找來電工師傅，將設(shè)備斷電后，把脫落的銅線與25針RS-232C串口相對應(yīng)的針腳3焊好，重啟設(shè)備后，上傳和下載零件NC加工代碼文件都取得了成功。到此，零件NC加工代碼文件只能上傳不能下載故障完全消失。

經(jīng)驗總結(jié)

此次DNC故障排查，從TCP/IP網(wǎng)絡(luò)和DNC系統(tǒng)兩個方面著手，綜合分析，逐步推進，最后確定為DNC網(wǎng)絡(luò)的最后一段通訊電纜的物理故障。學(xué)習(xí)和應(yīng)用了數(shù)控技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和DNC系統(tǒng)等多種專業(yè)知識，受益非淺。筆者認為要想成為一個合格的DNC系統(tǒng)管理員需要掌握有關(guān)計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和DNC數(shù)據(jù)通訊技術(shù)等多種專業(yè)知識，這樣解決起問題來才會事半功倍，取得較好的效果。