網(wǎng)絡(luò)互連互通下數(shù)控裝備的發(fā)展及應(yīng)用

■ 中國(guó)重汽集團(tuán)濟(jì)南橋箱有限公司 （山東濟(jì)南 250022） 劉勝勇

高級(jí)工程師 劉勝勇

數(shù)控裝備是以計(jì)算機(jī)數(shù)控階段的數(shù)控系統(tǒng)為平臺(tái)，通過(guò)微處理器、可編程序控制器和外圍電路等裝置的彼此交互，經(jīng)數(shù)字化電信號(hào)對(duì)工作母機(jī)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制的裝備。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展與普遍應(yīng)用下，其既附加有數(shù)字通信、數(shù)字控制和智能分析等裝置/模塊，還嵌入數(shù)據(jù)采集、推理、決策與可視化等產(chǎn)品。這使得先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)不斷集成及深度融合，進(jìn)而構(gòu)建一種兼有柔性化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化特點(diǎn)的全新制造模式——智能制造。

1. 元器件具備網(wǎng)絡(luò)通信功能

先前，PLC、HMI、變頻驅(qū)動(dòng)器和伺服放大器等元器件間的數(shù)據(jù)傳遞及其與外設(shè)PC的數(shù)據(jù)通信，既有三線制全雙工的近距離點(diǎn)到點(diǎn)的RS232串行異步傳輸（見圖1a），也有兩線制半雙工的近千米總線式RS485差分傳輸（見圖1b），還有四線制全雙工的環(huán)形/星形拓?fù)涞腞S422站間平衡通信（見圖1c）。

現(xiàn)今，F(xiàn)ANUC 0iF等系統(tǒng)在PCMCIA插槽和RS232接口基礎(chǔ)上，增加了RJ45接口，以實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議通信。SINUMERIK 840D solution line系統(tǒng)的機(jī)床控制面板MCP、操作面板OP和控制單元PCU或TCU等操作部件均通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)接口，不僅實(shí)現(xiàn)了NCU模塊的對(duì)接與數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互，還接入了本地的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和外部的公司網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。

圖1 RS232、RS485和RS422

圖2 SINUMERIK 840D solution line系統(tǒng)的操作部件連接

2. 數(shù)控裝備網(wǎng)絡(luò)連通與監(jiān)視

隨著信息技術(shù)和制造能力的不斷增強(qiáng)，越來(lái)越多的元器件被賦予網(wǎng)絡(luò)通信功能。這不僅拓寬了數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)連通度，也增強(qiáng)了數(shù)控裝備的遠(yuǎn)程診斷深度，還促進(jìn)了切削過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)視。

圖3所示為EMAG VL8倒立式車床的以太網(wǎng)絡(luò)示意。其中，F(xiàn)ANUC 31i系統(tǒng)與EMAG操作面板經(jīng)交叉網(wǎng)線和菲尼克斯路由器通信，刀具監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)經(jīng)由TCP/IP協(xié)議實(shí)時(shí)傳遞進(jìn)CNC系統(tǒng)中，上位機(jī)可經(jīng)客戶端網(wǎng)絡(luò)提取機(jī)床運(yùn)行數(shù)據(jù)及遠(yuǎn)程診斷CNC和PMC，F(xiàn)L-net設(shè)備經(jīng)RJ45接口和路由器等連接至快速以太網(wǎng)板的CD38N口。

圖4所示為熱處理后錐齒輪副生產(chǎn)線布局及過(guò)程監(jiān)控。為方便操作者監(jiān)視機(jī)器人與圍欄內(nèi)5臺(tái)CNC機(jī)床的裝卸工況及切削過(guò)程，特配置一套以太網(wǎng)直連的?？低?路帶屏高清監(jiān)控裝置，其部件有7808NB-K1/C錄像機(jī)1件、2TB硬盤1件、400萬(wàn)像素2CD3T46WD攝像頭6件、POE交換機(jī)1件及監(jiān)控支架和交叉網(wǎng)線，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式為H.265編碼。類似的監(jiān)控裝置已布置于現(xiàn)場(chǎng)的兩條從動(dòng)輪柔性線、兩條主動(dòng)輪柔性線和1條輸入軸生產(chǎn)線，各自生產(chǎn)過(guò)程做到全程可視化監(jiān)視。

3. 互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)多機(jī)規(guī)模集成

隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)全面提速，更多的數(shù)控裝備、復(fù)雜的工件廓形、耦合的刀具形狀、可視的生產(chǎn)狀態(tài)、完備的全項(xiàng)測(cè)量和誤差的實(shí)時(shí)校正等組件，通過(guò)低延遲多節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，陸續(xù)地融入數(shù)字化生產(chǎn)中。

圖3 EMAG VL8倒立式車床的以太網(wǎng)絡(luò)示意

圖4 熱處理后錐齒輪副生產(chǎn)線布局及過(guò)程監(jiān)控

圖5 所示為錐齒輪副數(shù)字化車間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?3臺(tái)數(shù)控機(jī)床經(jīng)以太網(wǎng)交換機(jī)布置為局域網(wǎng)絡(luò)，各自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在服務(wù)器Evoc上，產(chǎn)品測(cè)量數(shù)據(jù)和機(jī)床運(yùn)行工況通過(guò)TCP/IP1支路傳至橋箱智造JMES中。其中，KiMos5設(shè)計(jì)中心既會(huì)對(duì)主、從動(dòng)齒輪進(jìn)行齒數(shù)、軸交角和螺旋角等宏觀幾何地標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，也會(huì)對(duì)嚙合過(guò)程進(jìn)行接觸分析以及給定齒根彎曲應(yīng)力和壓力分布分析，隨后經(jīng)由inhalt.dat和machine.dat等文件，形成工作母機(jī)C50、B27、P65和CS200所需的中性數(shù)據(jù)；P65測(cè)量中心在數(shù)字式三維測(cè)頭的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)下，既能將優(yōu)化的刀條數(shù)據(jù)反饋至兩臺(tái)B27磨刀機(jī)中，也能將優(yōu)化的主、從動(dòng)齒輪的形貌等數(shù)據(jù)反調(diào)（Komet）進(jìn)8臺(tái)C50切齒機(jī)內(nèi)。

4. 互聯(lián)網(wǎng)下大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)與工業(yè)經(jīng)濟(jì)深度融合的全新經(jīng)濟(jì)生態(tài)、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和新型應(yīng)用模式，通過(guò)人、機(jī)、物的全面互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈及全價(jià)值鏈的所有連接。例如，物料供應(yīng)、設(shè)備運(yùn)行、能量利用、產(chǎn)品質(zhì)量、財(cái)務(wù)報(bào)表、生產(chǎn)控制、訂單管理和售后反饋等眾多數(shù)據(jù)，均可實(shí)時(shí)圖形化顯示在互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的可視化終端上。大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享離不開工業(yè)通信網(wǎng)關(guān)、物聯(lián)網(wǎng)模組、交換機(jī)、光纖接入設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備等硬件設(shè)施，也離不開工業(yè)無(wú)線、專線等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和標(biāo)識(shí)解析，更離不開數(shù)控裝備側(cè)的網(wǎng)絡(luò)互連互通的正確設(shè)置。

在圖5所示的錐齒輪副數(shù)字化車間內(nèi)，KiMos5中性數(shù)據(jù)和P65反調(diào)數(shù)據(jù)經(jīng)存儲(chǔ)路徑設(shè)定后，全部緩存于服務(wù)器Evoc的database庫(kù)，C50、B27和CS200直接經(jīng)以太網(wǎng)絡(luò)讀取該database庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)即可。

Win7版P65的路徑設(shè)定步驟：經(jīng)密匙klsys進(jìn)入Win管理員賬戶后，在[MAIN MENU]主畫面下經(jīng)右側(cè)小鍵盤依次輸入密匙＋、－、×、÷，使主畫面呈現(xiàn)“（F）Setup Menue”調(diào)試欄目。光標(biāo)選中該欄目后回車，進(jìn)入[Set up of the scheduled data interface]設(shè)置計(jì)劃數(shù)據(jù)接口畫面（見圖6）。根據(jù)畫面下方軟鍵提示，找到反調(diào)數(shù)據(jù)庫(kù)Komet database的存儲(chǔ)路徑，將先前本地存儲(chǔ)路徑“C:DATABASE”改為遠(yuǎn)程服務(wù)器存儲(chǔ)路徑“Y:”，保存并退出。返回主畫面后光標(biāo)選中“（D）KOMET”，或是計(jì)算機(jī)桌面經(jīng)鼠標(biāo)點(diǎn)選KOMET圖標(biāo)，均可打開C50數(shù)據(jù)校正軟件KOMET。隨后，經(jīng)KOMET右上角扳手按鈕，進(jìn)入設(shè)定項(xiàng)[Options]，新增KiMos databases的遠(yuǎn)程服務(wù)器存儲(chǔ)路徑“Y:”。

圖5 錐齒輪副數(shù)字化車間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

WinXP版P65的路徑設(shè)定步驟：先將設(shè)置計(jì)劃數(shù)據(jù)接口畫面中“C:DATABASE”改為遠(yuǎn)程服務(wù)器存儲(chǔ)路徑“Y:”；再找到C盤根目錄下KOMET文件夾內(nèi)KOMET.ini初始文件，經(jīng)記事本格式打開后，修改目錄[Directories]列數(shù)據(jù)庫(kù)database值，即本地存儲(chǔ)路徑“C:DATABASE”改為遠(yuǎn)程服務(wù)器存儲(chǔ)路徑“Y:”，保存后主畫面內(nèi)輸入RUN并執(zhí)行，以退出“（F）Setup Menue”調(diào)試欄目。

B27的路徑設(shè)定步驟：退出B27程序畫面并進(jìn)入B27管理員主界面后，經(jīng)光標(biāo)選擇管理項(xiàng)欄目[Administrative work]，輸入密匙kl1111轉(zhuǎn)至Win桌面。經(jīng)鼠標(biāo)點(diǎn)選Tools下拉菜單的Map Network Drive，設(shè)定映射網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器I，文件夾為遠(yuǎn)程服務(wù)器存儲(chǔ)路徑“\EvocC”，勾選“登陸時(shí)重新連接”。通過(guò)路徑C:B27_PCAPPB27_ADM找到B27.ini初始文件，經(jīng)記事本格式打開后，設(shè)定目錄[KiMOS]列外部路徑ExtPath值為“I:”，保存并退出。B27數(shù)據(jù)共享路徑設(shè)定相關(guān)畫面，如圖7所示。

C50的路徑設(shè)定步驟：在COP32切齒畫面下，經(jīng)[選項(xiàng)]下拉菜單進(jìn)入[數(shù)據(jù)庫(kù)]對(duì)話框，設(shè)定名稱為L(zhǎng)AN1以及目錄為\EvocCdatabase，依次點(diǎn)擊按鍵[應(yīng)用]、[測(cè)試]和[確定]。P65實(shí)際測(cè)量C50切齒產(chǎn)品，遠(yuǎn)程反調(diào)該C50。COP32側(cè)經(jīng)[文件]下拉菜單進(jìn)入[載入修正數(shù)據(jù)]對(duì)話框，經(jīng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊[新建修正數(shù)據(jù)]欄內(nèi)黑色按鈕“網(wǎng)絡(luò)1”，變灰色即為修正完。C50數(shù)據(jù)共享路徑設(shè)定相關(guān)畫面，如圖8所示。

圖6 Win7版P65的設(shè)置計(jì)劃數(shù)據(jù)接口畫面

圖7 B27數(shù)據(jù)共享路徑設(shè)定相關(guān)畫面

圖8 C50數(shù)據(jù)共享路徑設(shè)定相關(guān)畫面

5. 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)下乃至未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，基于大數(shù)據(jù)共享的智能制造將成為制造企業(yè)普遍追求的一個(gè)目標(biāo)。信息孤島的打通離不開數(shù)控裝備的規(guī)?；?，生產(chǎn)、質(zhì)量、財(cái)務(wù)和訂單等數(shù)據(jù)的連接，以及其關(guān)系重塑離不開工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)中樞的普及應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)和用戶界面遠(yuǎn)程控制等操作離不開數(shù)控裝備側(cè)TCP/IP協(xié)議給定與互聯(lián)網(wǎng)設(shè)置。更多不同層次用戶及跨行業(yè)數(shù)據(jù)拓展離不開數(shù)控裝備高端、高精、高柔下便捷、宜人化應(yīng)用。當(dāng)然，數(shù)控裝備生產(chǎn)運(yùn)行中海量數(shù)據(jù)的防御系統(tǒng)建設(shè)也是不可忽視的一個(gè)環(huán)節(jié)，如病毒控制、監(jiān)測(cè)預(yù)警、應(yīng)急響應(yīng)和檢測(cè)評(píng)估等。