企业数控设备DNC系统的实施与应用

为加强对企业多台数控设备的集中监控管理，采用DNC控制方式，形成企业内部局域网，实现多台数控设备的集中控制，尤其是对每一台数控机床的加工时间和是否报警停机进行在线监控。

1.概述

随着机械行业和信息化技术的发展，企业生产使用的数控设备越来越多，而传统的对数控机床进行单机管理模式已不能适应企业发展的需要，应用计算机技术通过DNC控制方式对数控设备群进行集中管理与监控，形成企业内部的MES系统，这是未来企业数控设备管理的发展方向。

本文主要阐述基于DNC系统控制多台数控机床构建设备管理系统，预期达到：

1）在企业MES系统上，对现场所有数控设备的相关信息一目了然，利用MES软件集中处理这些机床的数据，便于进行设备管理统计与分析工作。

2）对现场的数控设备运行情况进行实时监控。

3）工艺编程人员编制的加工程序，通过内网快速传输，提高工件程序的准确性。

2.企业使用DNC系统前的状态

由于数控设备现场是从普通机床车间持续发展起来的，并没有针对数控机床的特点进行管理。存在很多制约加工效率的因素。

（1）加工程序的文本管理不到位，现场的零件加工程序中有的是工艺人员编制的，也有的是数控操作者编写的，程序存放不统一、修改程序记录不及时，一旦出错，责任不明确，出现推诿扯皮现象。

（2）在程序传输方面，有采用台式电脑进行传输的，有采用软盘、U盘进行传输的，还有采用人工方式进行录入的。电脑一对一传输，需用编程人员与操作者一起进行，浪费人力资源；软盘、U盘由于军工企业已禁止使用；而采用人工录入的方式更是不可取，因为输程序出现错误的机率非常大。

（3）有一部分数控机床的系统，硬盘内存空间小，大量的加工程序装不下，只得进行反复删除和输入，严重影响机床加工效率，且增加出错风险。

（4）企业设备管理人员掌握现场数控设备使用运行情况，需亲自下现场，如果现场机床出现问题，需电话报修，通知维修人员进行修理。整个现场数控设备得不到及时维护和在线监控。

基于上述问题，对本企业现场数控设备实施DNC系统，实现程序编制、管理统一，传输方便准确，能及时监控数控设备的运行状态，提高了生产效率3.DNC系统的功能和控制原理

DNC系统可实现的功能有：可实现制造系统网络化远程服务功能；可在网络上实现动态管理；可提供一个效率高的程序编辑；修改以及仿真的平台；可实现数控加工信息的数据库管理；可实现严格的权限管理；为实现基于网络制造系统得先进制造技术打下坚实的基础，最大限度提高了设备利用率。

DNC集成技术就是以数控技术、计算机技术、网络技术、通讯技术为基础，把与制造加工过程中的设备与上层控制计算机集成起来，从而实现企业现场数控设备集中控制管理，以及数控设备之间，数控设备与上层计算机之间的信息交换，同时能把现场的数控设备接入企业局域网。

DNC是Direct Numerical Control的简称，即直接的数字控制，也就是将现场多台数控设备直接连接在一台计算机上，由中央计算机负责数控程序的传输与处理，以及加工时间、故障停机等信息的在线监控。目前，DNC系统的数控联网方式有三种：

（1）采用现场总线。

（2）采用串口转换器。

（3）采用协议转换联网方式。本企业是采用第三种方式成功实现了多台数控设备DNC系统的控制。如图1所示。



4.数控设备管理实施案例

本企业基于DNC系统建立了制造资源-管理系统即MES系统，显示内容有：1）设备维修管理目录下：维修结果记录；设备维修查询；未维修设备日报；备件台帐查询。2）设备辅助管理目录下：设备基础维护；设备维修（子目录下：95车间设备监控；32车间设备监控；33车间设备监控；设备报警响应；维修记录查询）。3）个人设置。[page]

4.1 数控设备网络连接

本企业数控机床的联网系统包括：

①网络服务器；

②网络交换机；

③局域网线；

④数据采集器；

⑤通讯电缆；

⑥数控机床。

方案是采用数控机床的RS232接口进行DNC通讯连接，将每台数控机床单独连接一个信号数据采集器联在DNC网络上，这个数据采集器只是采集数控机床的报警信息和零件加工时间的数据，数控机床加工程序传输等工作还是利用RS232口通过DNC网络与计算机服务器联系，数据采集器只是把要采集到的信号通过DNC网络上传到计算机服务器，采用MES软件进行管理和处理。如图2所示。

4.2 数控设备数据采集的选择条件和方法


数控机床的加工数据信息有很多种，比如设备报警信息、主轴转速信号、机床启动信号、冷却运行信号等等，在这些信号中，我们选择设备报警信息信号和操作者实际加工零件状态的信号进行具体操作。

现场的数控机床有很多种，所采用的数控系统也不统一，例如西门子系统、FANUC系统、NUM系统等，在这些机床及数控系统中，这些信号都具备提供给MES软件的条件，但通过分析比较可以发现，有些信号比如液压、润滑、冷却信号在有些特殊零件的加工中无法采集；还有主轴转速信号，在某些非加工状态时也有可能转动，所以也不能使用。只有设备报警信息信号和加工循环启动信号在各个机床及系统上都是必备的功能，也符合数据采集的选择条件，所以决定采用设备报警信息信号和加工循环启动信号提供给MES软件。

设备报警信息信号的采集是从机床I/O口取24V信号，提供给串口服务器，通过网口送给局域网交换机，经过DNC服务器传给联网的计算机。操作者实际加工零件状态的信号，应首先采集数控机床循环启动加工零件的开始信号，其次采集数控机床循环启动加工零件的结束信号，这样MES软件才能计算出加工时间。举例说明机床加工时间信号的采集过程，以西门子840D系统来说明这个信号的确认方法，对于SIEMENS840D系统来说，在加工时需要按“循环启动”（NC Start）键启动加工程序，结束时按“循环停止”（NC Stop）键停止当前的执行程序，这两个信号在西门子系统中都是脉冲信号，控制面板与系统采用MPI总线通信，无法满足DNC数据采集器的工作要求条件。但西门子标准面板上按键“NCStart”下面对应着一个指示灯，按键“NCStart”按下时指示灯亮，表示加工程序开始运行，并且常亮直至“NC Stop”被按下，灯熄灭，表示加工结束，可以直接取这个信号状态来给数据采集器使用。数据采集器需要24V状态，这可以通过西门子PLC发出此信号，方法是通过梯形图编程提取“NC Start”灯的信号，再通过PLC模块供给数据采集器24V信号。

4.3 数控设备数据采集信号的处理方案

对数控机床加工时间信号处理，西门子标准操作面板的按键与指示灯接口地址号都有固定的，利于系统NCK与PLC S7-300通讯，参照西门子系统手册可以查到对应的地址，下面以铣床版来说明控制信号的编程方法。

首先查阅西门子（铣床版）机床控制面板接口信号表（如图3），找到我们需要的信号“NC Start”即循环启动指示灯的地址为：字节QB n+1,位5,n由各个机床按实际编写的PLC程序确定，各个机床都不相同，以一台五坐标加工中心为例，参照这台机床的原始PLC程序可以确定n为0,则“NC Start”灯的输出信号地址为Q1.5,在S7-300上需要找到一个输出空位地址，比如为Q70.1,则可以在机床的原PLC程序上加上一段语句：

A Q1.5

=Q70.1

这样就可以实现在P L C 模块上地址Q70.1输出24V信号，使用西门子Step7软件修改梯图。数控机床的梯形图包括很多功能块，在允许的功能块加上加一段语句即可实现24V信号的输出，比如此数控机床可写在FC103功能块里。此外在程序上还可以加上更为准确的一些约束条件，例如主轴启动信号（Q3.2）等，程序就可以写为：

A Q1.5

A Q3.2

=Q70.1

这样能使监控的零件加工时间信号更为准确。

对数控机床报警停机信号的处理，同样在S7-300上找到一个输出空位地址，选定空位地址Q70.2,数控机床报警灯PLC地址Q1.0,程序就可以写为：

A Q1.0

=Q70.2

同样使用西门子Step7软件对梯图进行修改处理。将在西门子840D数控系统的PLC程序重新改写完成后，上传到数控系统里，并进行正确的电气联接，就可以进行零件的加工状态和机床报警停机在线实时监控。[page]

在现场应用中效果更为显着，首先在设备管理系统的计算机显示屏上能直观动态显示各台设备所处于的实施工作状态，以某车间为例，如图4.灰色表示：设备为派工，红色表示。

设备故障，黄色表示：已派工未开工，红色表示：设备正常运行，若点击某一台设备，就会弹出该设备的名称、编号、操作者姓名、自动加工时间统计等内容。



其次在设备报警信息响应系统中，一旦有设备报警，立即作出响应，设备维修人员能及时进行抢修，修复后，取消报警并录入该设备故障部位、故障原因、诊断过程、维修方法等，能够准确地建立设备维修档案，为今后维修工作打下基础，并且实行企业内部网上设备资源共享，MES系统的实施为进一步全面管理控制现场设备建立了一个崭新的平台。

5.结论

实践证明，本企业基于DNC技术建立的制造执行系统即MES系统，改变了原有落后的设备管理模式，具有如下优势：

（1）使数控机床的加工程序编制规范化，统一进行局域网传输，快速、准确，提高了生产效率。

（2）通过中央控制计算机能对现场联网的数控设备的自动运行加工时间及有无报警停机进行在线监控，在对数控设备的故障诊断、冷却润滑系统的在线监控方面，还在酝酿之中，有待进一步实施。

（3）企业管理部门或管理系统能及时、全面、准确获取现场数控设备的各种信息，利于生产管理计划和采取措施，最大限度发挥生产管理作用，使企业的设备管理系统迈上了一个新台阶。