2022年第七章数控机床数据通讯 .pdf

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1、第七章 数控机床数据通讯随着计算机技术的发展以往使用PRP纸带阅读穿孔机与 CNC系统进行 NC程序输入 /输出的技术由于纸带的保存管理容量可靠性等存在着不足之处正逐渐被淘汰。许多CNC系统生产厂家目前都能提供计算机NC程序服务功能但仅限于自己的CNC系统互相之间并不通用。同时随着市场经济和企业信息化的发展企业数控机床的数量越来越多而传统的单机管理模式因技术手段落后、生产效率低、管理与维护费用高昂等弊端已不能适应企业发展的需要再加上用户使用了多种信息管理系统如ERPPDMCRMCAD/CAPP/CAM 等各种系统之间还必须考虑信息共享以避免信息化孤岛因此使用集成式 DNC技术对数控设备群进行管

2、理势在必行。第一节 串行通讯连接一、机床通讯的接口类型目前数控机床网络 DNC一般采用三种网络接口即串行通讯RS-232C/422/485模式以太网络模式还有现场总线模式其中以第一种串口通讯模式最为普遍。二、串行通讯接口的技术特性与接线形式。 1 RS-232C通讯接口RS-323C标准是美国 EIA电子工业联合会与 BELL 等公司一起开发的 1969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在020000b/s 范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通讯设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备因此它作为一种标准目前已在微机通信接口中广泛

3、采用。由于RS-232C并未定义连接器的物理特性因此出现了DB-25、DB-15和DB-9各种类型的连接器其引脚的定义也各不相同。下面分别介绍最常见的两种连接器。DB-25连接器 DB-9连接器 DB-25连接器外观图 图7-1 DB-9连接器外观图 图7-2 表7-1 DB-25连接器针脚信号含义。针号 功能含义 信号 3 接收数据 RX 2 发送数据TX 20 数据终端准备好 DTR 7 信号地 GND 6 数据准备好 DSR 4 发送请求 RTS 5 清除发送 CTS 表7-2 DB-9连接器针脚信号含义针号 功能含义 信号 2 接收数据 RX 3 发送数据 TX 4 数据终端准备好 D

4、TR 5 信号地 GND 6 数据准备好 DSR 7 发送请求 RTS 8 清除发送 CTS 串口连接接线方式 9针连接器与 9针连接器9针连接器与 25针连接器 图7-3 图7-4 表7-3 串口连接规律 连接器 A RX TX DTR DSR RTS CTS GND 连接器 B TX RX DSR DTR CTS RTS GND 还有一种简化的三线接法如图7-5分别连接 RX、TX、GND三个信号脚在连接器本端将DTR和DSR信号脚短接传输时认为任何时候数据终端都是准备好的。图7-5 RS-232串口通讯主要技术参数数据位 Date bits、停止位 Stop bits、奇偶校验 pari

5、ty、端口数据格式 Port mode 、流控制方式 Flow control。以上技术参数在两个通讯设备的端口设置上必须一致数据位和停止位含义可有图7-6简单表示 Date bits7Stop bits2 时的数据传输表示 Date bits8Stop bits1时的数据传输表示图7-6 波特率与传输距离有关距离越近波特率可以设得越高传输速度也就越快但如果在长距离情况下使用高波特率可能造成较多错误码这时可以适当降低波特率提高传输数据的正确性但传输速度会变慢EIA标准中在 15M50英尺内能以 115200bit的波特率保证传输数据无错码流控制方式与端口连接方式有关若采用上图提供的标准接线法软

6、硬件控制方法都可以但如用三线简化连接法连接则必须用软件控制方法我们的接线是如上图的标准接线法。 2 RS-422/485通讯接口RS-422标准全称是 “ 平衡电压数字接口电路的电气特性” 它定义了接口电路的特性。通常是四线接口。实际上还有一根信号地线共5根线。图 7-8是其DB9连接器引脚定义。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力故允许在相同传输线上连接多个接收节点最多可接10个节点。即一个主设备 Master其余为从设精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 6 页备Salve 从设备之间不能通信所以

7、RS-422支持点对多的双向通信。RS-422的最大传输距离为 4000英尺约 1219米最大传输速率为 10Mb/s。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比在100kb/s速率以下才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为 1Mb/s。 3RS-485 电气规定由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的。 RS-485可以采用二线与四线方式二线制可实现真正的多点双向通信而采用四线连接时与 RS-422一样只能实现点对多的通信RS-485的传输距离与速率关系与RS-422一样都是最大传输距离约为1219米最大传输速率为

8、10Mb/s。同样在短距获得高速低速以求远距。一般100米长双绞线最大传输速率仅为 1Mb/s。注意RS-485串行接口的驱动器可用于 RS-422串行接口的应用中因为 RS-485串行接口满足所有的 RS-422串行接口性能参数反之则不能成立所以目前很多书籍上都只提RS-485而不提 RS-422了。连接器形式 RS-422与RS-485没有专用的连接器通常采用DB9连接器和 PHONIX标准的接线端子连接其外形如图7-7与针脚含义如图 7-8 连接器形式 针脚含义 图7-7 图7-8 RS-422与RS-485设备的网络构建方式图 7-9是采用二线制的连接方式以实现多点双向通讯在我们数控机

9、床的设备联网中通常还是采用四线制的点对多联网方式连接。图7-9 本节可实施项目制作一标准串口连接线缆项目组织形式分组实施 5人左右一组。 项目目标通过制作标准串口连接线知道连接器的类型、阵脚含义。项目要求1、能连接标准串口连接线。 2、知道 9针和25针的串口连接器中各针脚的含义。项目准备 1、电子实习室。 2、25-30W电烙铁每组一支。 3、焊锡丝若干。4、9针、25针连接器若干注意公母。 5、五类双绞线。 6、小号 /螺丝刀。7、万用表每组一只。项目时间 2课时 第二节 单机通讯目前在 DNC市场上通过 RS-232C口通讯产品实现数据通讯的情况最为多见主要分单机传输与多机联控两种连接方

10、式一、 单机通讯连接形式在数控加工和维护时经常需要在数控机床和计算机之间进行程序与参数的传输当这些需要只是临时性的时候我们可以用一根串口通讯线将数控系统与计算机连接起来通过一些串口通讯程序实现数据的通讯。连接方式如图7-10所示 图7-10 串口通讯线的制作见前节。二、 机床侧的通讯设置与操作 1、FANUC0I 系统1通讯参数设置要让机床与计算机能进行数据通讯必须将两者的串口通讯参数进行同步设置计算机上的串口通讯将在后续软件介绍中说明机床侧的串口通讯设置如下在机床面板上按进入 MDI 方式按进入设置界面按操作软键按右翻页键2次进入如图 7-11 ALL IO 配置界面 图7-11 请将图 7

11、-11中各项根据实际需要设置好通常主要设置波特率和停止位即可其余选用默认值即可。 2程序的发送选择编辑模式按键选择程序按键输入要发送的程序名例O1234按操作软键再按右翻页键两次后再按 PUNCH软键再按 EXC执行屏幕闪烁 “ 输出” 表示程序正在输出如要发送所有程序输入 O-9999后再按 PUNCH-EXE发送即可将机床上所有程序发送到计算机上。 3程序的接收选择编辑模式按键选择程序按键输入接收程序在机床上的程序名例O2222按操作软键再按右翻页键两次后再按READ软键再按 EXC执行屏幕闪烁 “ 输入” 表示程序正在输入输入结束后输入的程序以O2222存放在机床上而与原来计算机上的文件

12、名无关精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 6 页。 2、SIEMENS802D系统 1通讯参数设置 在系统 MDI 面板上同时按下按 shift 和system 键进入机床配置界面再按数据入/出-RS232设置软键进入如图 7-12通讯设定界面中进行RS232设置 串口通道号 设备号 波特率 停止位 图7-12 同样根据实际需要将图 7-12中各参数设置好通常也是设置设备号、波特率和停止位几项即可其余按默认值设置。需要注意的是在SIEMENS中需要根据要求选用文本形式还是二进制方式进行传输通常程序文件采用文本形式而参数与PL

13、C通常采用二进制方式采用二进制方式时只能用硬件流控制。 2程序的发送设置好 RS232通讯参数后按数据选择键进入数据传递界面如图7-13 图7-13 在该页中用 “”“”键选择要发送的数据内容如果是发送零件程序就选择第一行“零件程序和子程序 ” 在屏幕右边一栏中出现本机床中现有的程序和子程序按TAB使光标键进入右栏再根据需要用“”“”键选择要发送的程序文件按读出软键将程序发送出去系统出现数据输出进行中的?畔蛉缤 ?-14。如果连接无误程序就被传送到连接的计算机中去了。注意由于 SIEMENS系统采用的流控制是硬件控制故必须采用第一节中所介绍的标准串口连接线缆才能传输数据。图7-14 3程序的接

14、收程序的接受是在图 7-13中先选中要接收的数据类型再按读入软件系统跳出数据输入进行中的信息框传输结束后信息框自动关闭。 3、华中 HNC-21系统 1通讯参数设置在参数功能子菜单下按 F3 键弹出权限菜单用 选择用户权限选项按 Enter 键确认系统将弹出输入口令对话框在参数功能子菜单下按F1 键系统将弹出参数索引子菜单用 选择DNC 参数选项按 Enter 键确定此时图形显示窗口将显示DNC 参数的参数名及参数值如图7-15 所示 图7-15 用 键移动蓝色亮条到要设置的选项处按Enter 键则进入编辑设置状态用 ? ? BS Del 键进行编辑按 Enter 键确认 按Esc 键退出保存

15、编辑并保存为缺省值。2程序的发送在主菜单中选 F2进入编辑功能菜单如图 7-16中按F1进入文件管理菜单再用 选中“ 发送串口文件 ” 选项按 Enter 键弹出如图 7-17 所示对话框选择发送路径和文件名等计算机与 CNC数控系统联络成功后就开始传输文件如要退出可按Alt-E 退出传输完毕后 HNC-21T 弹出对话框提示文件发送完毕图7-16 图7-17 3程序的接收 在选择编辑程序菜单如图 7-16中按F2再用 选中串口程序选项按 Enter 键系统命令行提示正在和发送串口数据的计算机联络。联络成功后开始传输文件传输完毕上位计算机上弹出对话框提示文件发送完毕 HNC-21T 的命令行提

16、示接收串口文件完毕编辑器将调入串口程序到编辑缓冲区三、常见数据通讯软件的设置与操作 1、CIMCO EDIT V5 软件 CIMCO Edit V5 是丹麦专业从事数控 DNC的CIMCO软件公司专为数控编程而设计的专业软件。它有强大而实用的数控编辑功能、文件的智能比较、刀位轨迹的三维模拟、DNC传输等功能。其完全的 Windows 界面一目了然的地址颜色。 1软件界面如图 7-18 图7-18 2程序的模拟校验先打开需要模拟的程序在菜单中按程序模拟后选择窗口文件模拟即可在程序窗口中打开模拟界面如图 7-19 图7-19 3串口通讯参数的设置在菜单栏中选择机床通讯再选择DNC设置弹出如图 7-

17、20对话框选择要通讯的机床如Machine 1再选择对话框右下设置按钮弹出图7-21参数设置对话框在参数设置对话框中选择正确的端口通常是 COM1再将波特率、数据位、停止位、奇偶校验位、数据流控制精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 6 页设置与机床侧一致其余按默认设置即可之后按确定、确定完成设置。注意如果通讯线缆采用 3线制必须选择为软件控制的流控制方式。图7-20 图7-21 4数据的接受与发送通常当我们将程序编辑完校验通过后就可以进行数据通讯了数据通讯的功能基本集成在如下工具栏中。图中各按钮含义如下发送当前窗口中的文件发

18、送当前窗口中的选定行在当前窗口已打开的文件中接收文件接收文件并在当前窗口中打开发送硬盘上的指定文件接收文件并立即保存到硬盘上不在窗口中打开选择通讯的数控机床 DNC参数设置如要发送程序到机床在软件中选择好程序后按下发送按钮再到机床侧执行接收程序操作可以重新命名如果线缆连接无误参数设置正确就可看到一个数据传输进度对话框否则会弹出出错信息框当传输结束后系统自动弹出数据传输成功的信息框数据通讯完成。如果要接收机床发送过来的程序则要先在机床上执行发送程序操作然后再到计算机上来按接收键方可完成接收程序的操作。对于机床参数与 PLC程序也可用同样的方法进行传输。 2、华中WINDNC 软件华中WINDNC

19、 软件是武汉华中科技大学为华中数控系统订做的数据传输软件其功能相对单一主要实现数据传输不具备文件比较和模拟等功能。 1软件界面如图 7-22 图7-22 图7-22中各按钮、状态栏等控件含义如下 1 打开串口用于将所选择的串口打开如COM1 口 2 参数设置用于设置串口通讯中所用到的各种参数例如 3 发送文件用于发送普通文件4 边传边加工当加工代码过大时在客户端发送部分加工代码在数控装置端加工边接收边加工 5 上传PLC 用于将用户选择的客户端PLC 文件传送到数控装置端 6 下载PLC 用于将数控装置端的 PLC 文件接收到用户所指定的客户端的文件夹中 7 上传参数用于将用户选择的客房端系统

20、参数文件传送到数控装置端 8 下载参数用于将数控装置端的系统参数文件接收到用户所指定的客户端的文件夹中 9 文件名显示框用于显示当前客户端发送的文件名及文件所在的路径 10 串口状态显示框用于显示当前串口的开关状态及各项参数 11 字符或数据输入框用于输入将要发送的字符串 12 清空重置用于清空字符或数据输入框中的内容 13 手动发送用于发送在字符或数据输入框中输入的字符串 14 RX 显示接收的字节数15 TX 显示发送的字节数 16 清空将 RX 及TX 中的数值清成零 17 退出退出系统18 、19图形化显示串口的开关状态 2串口通讯设置单击参数设置进入如图 7-23画面 图7-23 根

21、据机床配置要求对应的配置好串口通讯参数。 3发送数据 发送程序文件单击发送文件进入如图 7-24画面 图7-24 选择所要发送的文件后按打开在图7-18中9位置出现文件路径供用户校对文件是否正确如图 7-25。并在发送过程中在下方状态栏中显示发?徒邮兆纸谑缤?-26。图7-25 图7-26 边传边加工边传边加工与发送普通文件的操作方法是相同的也是在如图7-24中选择一个需要加工的文件按下打开键开始发送与发送普通文件的方法不同之处在于是一段一段的发送加工文件当数控数控装置端请求发送下一段时才发送。 PLC 上传及数控系统参数上传 PLC 上传是将用户在客户端中所选择的一个目录中的PLC 文件成批

22、的一次传送给数控机端。当用户按下上传PLC 也就是图 7-22中的标志 5 后将会弹出 “ 浏览文件夹 ” 的一个对话框精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 6 页此时用户可在对话框中选择所要传送文件的路径如图7-27当所选择的对话框中的文件夹的图型是一种打开的型态时表示就是传送此文件夹下的PLC 文件参数文件的上传与 PLC 上传的方法是一样的只是用户在图7-27 中所选择的目录应该是参数文件夹图7-27 发送字符串此功能用于发送字符串用户可在图7-28 中的字符或数据输入框中输入要发送的字符串然后在图7-22 中标志 11

23、 中输入一串字符点击手动发送如图7-28发送完成后可用清空重置来清空输入框以方便下次发送。 图7-28 3、WINPCIN传输软件WINPCIN 是SIEMENS数控系统提供的专用数据传输软件具有界面简洁、通用性好功能朴实使用方便的特点。 1软件界面如图 7-29 图7-29 2 串口设置在数据传输前也要先设置串口参数单击图7-29中接口设定 RS 232 Config按钮进入图 7-30串口设置界面根据传输要求对图7-30中各参数配置选定串口号和波特率另外文挡目录提供给软件一个默认的搜索路径。数据位和停止位因为软件是针对 SIEMENS的所以通常默认的 8、1和机床上的是一致的一般不用修改其

24、余各项通常也按默认设置。设置结束后单击存储并激活按钮SaveampActivate 使设置内容生效。 图7-30 3程序发送 在图7-29中选择 Text Fomat在选择发送数据的 Send Date按钮软件将弹出如图 7-31的文件选择对话框选择正确的文件后按打开当机床侧执行数据输入操作后开始传送数据。图7-31 在发送过程中在软件左下显示发送字节数如图7-32若需要终止发送可按图 7-32下方的Abort Transfer键终止发送。 4程序的接收先在机床侧执行数据发送操作而后在图7-29中选择接收数据 Receive Date按钮软件弹出类似与图 7-31的对话框要求用户给定接收后文件

25、的名称按保存后即可接收机床侧发送过来的数据。图7-32 文档目录 本节可实施项目用 CIMCO EDIT和PCIN实现单机数据通讯项目组织形式 分组实施 5人左右一组。 项目目标通过项目训练熟悉 CIMCO EDIT 和WINPCIN 两种软件。 项目要求1、正确设定串口通讯参数。2、使用上节制作的标准串口连接线每组向机床发送、接收各一个程序。项目准备1、数控车间。 2、连接电缆检测通过避免有短路线。 3、传输软件。4、计算机一台。 项目时间 4课时。 第三节 多机联控方案采用单机通讯的方法后有效的解决了采用原始的手工键盘输入方式中存在的效率低、占机时长、易出错的弊病。但是在实际使用中我们发现

26、采用单机通讯的方法还是存在以下缺点1、如果同时需要传几台机床这种方法无法实现2、如果一台计算机针对一台数控机床设备资源浪费 3、如果计算机经常移动以应对多台机床的传输任务时串口易损坏4、车间环境恶劣计算机维护困难5、程序的收发不能实现远程请求功能操作人员必须在计算机与机床间来回跑动6、多人操作一台计算机程序文件的管理混乱。针对以上问题我们还要提出新的解决方案就是将车间机床联网采用一台上位服务器实现多台数控机床联网控制。一、 多机联控的连接形式通常机床联网系统包括 1网络服务器、 2局域网线、 3CAD/CAM 计算机、 4软件管理系统、 5联网系统主控机、 6远程通讯接口、 7通讯电缆、 8数

27、控机床等。常见的多机联控的车间网络结构如图7-33图中FILE SERVER是文件管理服务器蓝线表示采用TCP/IP协议实现计算机与计算机之间的通讯红线表示的是串口服务器与机床之间的通讯。由图可见整个机床联网系统中每一台设备都能与系统中的其他设备进行通讯再根据软件系统中设定的各级权限实现程序数据的分级管理。图7-33 二、多机联控中常用的硬件目前已有许多数控系统支持以太网数据通讯如日本FANUC 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 6 页0I以上系统、德国 HEIDENHAIN MANUEL 系统、 SIEMENS 840以

28、上和国产的蓝天数控、华中数控系统等等但很多市场上在用的经济型数控设备往往还只是支持串口通讯而且作为工业控制的一种基础标准RS232串口通讯标准是绝大多数工业设备所共同支持的本书考虑用户实用性主要还是介绍以串口通讯的方式来实现机床联网。 1、 多串口扩充卡由于目前的计算机通常只有1-2个串口即 COM1和COM2要让一台服务器同时连接多台数控设备时就必须采用多串口扩充卡也称多串口通讯卡一般采用PCI插槽接口也有采用 ISA插槽接口的其作用就是将计算机上的串行口数目进行扩展常见的扩充卡有4口、8口、16口等。扩充卡外形如图 7-34。 图7-34 2、 串口服务器多串口扩充卡的扩充能力较小以单卡1

29、6口扩充计算如一台电脑有三个扩展槽最多也只能扩展成 48个串口如果要更多的控制口必须要用几台电脑扩充程序不便于管理另外由于多口集成在 PVC板卡上如果板卡损坏往往造成该卡上所有串口全部失效而且由于还是 RS232的串口协议传输距离还受15m的限制。目前为了弥补多串口卡的不足以MOXA 公司为代表的一些厂商推出了新一代的串口服务器串口服务器通常也有单口、2口、4口、到 16口的各个串口服务器可以再通过集线器或交换器连接起来使它的最大扩展能力可以达256口如再使用路由可以更大的扩展。在数据传输方面计算机与串口服务器之间传输时以以太网TCP/IP传输协议传输串口服务器与串口终端数控设备间传输以RS2

30、32协议传输所以计算机到服务器之间的传输距离可以提高到 100m传输速度可达 10M正是因为串口服务器存在的这些优越性目前在工业界其应用正越来越广泛。常见的串口服务器外形如图7-35。 MOXA 16口串口服务器 MOXA 单口串口服务器图7-35 在实际车间布线联网时建议使用单口服务器因为采用单串口服务器一旦发生故障只会影响到一台机床而采用多串口服务器就会出现多台机床受影响的情况其网络结构形式如图 7-36。所以采用单串口服务器可以确保了整个系统的稳定运行另外单串口硬件方案具有良好的可扩展. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 6 页