第21課數(shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)的通信接口與網(wǎng)絡(luò)教案

課程類型理論課√試驗課□實習課□習題課□實訓課□課時安排： 其它□2 學時教學地點：一般教室√ 多媒體教室□ 計算機房□試驗室□ 實訓中心□ 題目：數(shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)的通信接口與網(wǎng)絡(luò)教學目的及教學要求：1、生疏數(shù)控系統(tǒng)裝置的輸入輸出和通信要求2、生疏數(shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)常用外設(shè)及接口教學重點和難點：數(shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)常用外設(shè)及接口教學方法與媒介：講授、多媒體課件及模型班級P142 9、10

07(1)〔2〔3〕教學后記：I、示標II、復習1PLC的特點2、PLCIII、授第四節(jié)數(shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)的通信接口與網(wǎng)絡(luò)一、數(shù)控系統(tǒng)裝置的輸入輸出和通信要求數(shù)控系統(tǒng)裝置作為掌握獨立的單臺機床設(shè)備時，通常需要與以下設(shè)備相接并進展數(shù)據(jù)的輸 入、輸出并與其他裝置設(shè)備進展信息交換和傳遞，具體要求如下：數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備。如光電紙帶閱讀機PT，紙帶穿孔機PP和可編程掌握器〔PLC〕的編程機等。外部機床掌握面板，包括鍵盤和終端顯示器。特別是大型數(shù)控機床，為了操作方RS-232C／20mA通用的手搖脈沖發(fā)生器。進給驅(qū)動線路和主軸驅(qū)動線路。一般狀況下，主軸驅(qū)動和進給驅(qū)動線路與數(shù)控系統(tǒng)裝置裝在同一機柜或相鄰機柜內(nèi)Sinumerik38V24〔RS-232C〕／20mA輸出之用。Sinumerik810／820設(shè)有兩個通用V24／20mA接口，可用以連接數(shù)據(jù)輸出輸入設(shè)I／O模塊相連。規(guī)定V24接口傳輸距離不大干50m，20mA1000m。隨著工廠自動化〔FA〕和計算機集成制造系統(tǒng)〔CIMS〕的進展，數(shù)控系統(tǒng)裝置作為FA或CIMS構(gòu)造中的一個根底層次，用作設(shè)備層或工作站層的掌握器時，可以是分布式數(shù)控系統(tǒng)DNC或稱群控系統(tǒng)，柔性制造系統(tǒng)FM〕連。數(shù)控系統(tǒng)裝置除了要與數(shù)據(jù)輸出輸入設(shè)備等外部設(shè)備相連接外，還要與上級主計算機或DNC 計算機直接通信或通過工廠局部網(wǎng)絡(luò)相連，具有網(wǎng)絡(luò)通信功能。數(shù)控系統(tǒng)裝置與上級計算機或單元掌握器間交換的數(shù)據(jù)要比單機運行時多得多例如機床起停信號操作指令、機床狀態(tài)信息、零件程序的傳送，其他數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳送等。為此，傳送的速率也要高些，一般通過RS-232c／20mA接口的傳送速率不超過9600bit／s。美國A-B8600系統(tǒng)為滿足CIMSDNC距離輸入輸出接口；數(shù)據(jù)高速通道DataHighwa，相當于工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)的通信接口。FANUCl5系統(tǒng)也有類似接口功能。數(shù)控系統(tǒng)裝置通過專用通信處理機，遠程緩沖存儲器，RS-422ProtocolAB86.4Kbit／s，假設(shè)承受HDLC920Kbit／sCIMSMAP3.0板，以便接人工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)。Sinumerik850／880RS-232CSINECH1MAP〔ManufacturingAutomationProtocol制造自動化協(xié)議〔或稱SINECH2接口。通過網(wǎng)絡(luò)接口可將數(shù)控系統(tǒng)連至西門子的SINECH1MAPSINECH1網(wǎng)絡(luò)類似Etherne〔以太網(wǎng)，遵循CSM／C〔載波偵聽多路存?。瘺_突檢測掌握方式的IEEE802.3SINECH2〔LAN〕MAP3.0協(xié)議，以令牌通行〔tokenPassing〕方式的IEEE802.4LAN二、數(shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)常用外設(shè)及接口數(shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)的外部設(shè)備是指為了實現(xiàn)機床掌握任務(wù)而設(shè)置的輸入與輸出裝置道，不同的數(shù)控設(shè)備配備外部設(shè)備〔簡稱外設(shè)〕的類型和數(shù)量都不一樣。大體來說，外設(shè)包器、光盤驅(qū)動器，手動輸入的有鍵盤、手動操作的各種掌握開關(guān)等。零件的加工程序、各種〔如指示燈、外部位置顯示器〔CRT顯示器、發(fā)光二極管〔LED〕顯示器等、紙帶穿孔機、電傳打字機、行式打印機等。下面介紹一些常見的外部設(shè)備和相應接口。異步串行接口〔或并行接口是指輸入輸出數(shù)據(jù)都按字節(jié)傳送，一位數(shù)據(jù)有一根傳輸線。所謂串行方式〔或串行接口〕是指與設(shè)備進展數(shù)據(jù)傳送的只有一根線，數(shù)據(jù)按通信規(guī)程所商定的編碼格式沿一根線逐位依次傳送。相距較遠的設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送承受串行傳送方式比較經(jīng)濟。用接口器件來實現(xiàn)這些功能，如Intel8251A，MotoloraMC6850，6852廉價。為了能保證數(shù)據(jù)傳送的正確和全都遵守的商定，它包括定時、掌握、格式化和數(shù)據(jù)表示方法等。這種商定稱為通信規(guī)程Procedur〕〔Protoco步協(xié)議和同步協(xié)議兩大類。異步協(xié)議將8步的。異步協(xié)議的特征是字符間的異步定時。同步，以便正確采樣，接收到信號。在字符的結(jié)尾要加1，112220％的額外費用。寬，承受較快的傳送速率。傳送大量數(shù)據(jù)時同步協(xié)議省時間，但其接口的構(gòu)造要簡單得多，位，而同步協(xié)議可利用較簡單的方法，如循環(huán)冗余碼校驗CR，其檢錯力量很強。但也使同步協(xié)議發(fā)送和接收機構(gòu)簡單化。異步協(xié)議通用的定時規(guī)定只有一種起止式異步串行傳送格式，如圖5-24所示。其電氣連接標準常用的有RS-232C(V24)／20mARS-422／RS-449?！?”電平起始位終止位“0”電平1位1~2位“0”電平“1”電平5-24起止式異步串行傳送格式RS-232C〔V24〕25主要用于:與光電紙帶閱讀機PT、紙帶穿孔機P，打印和穿復校設(shè)備TT〕等相連接，將數(shù)控機床的各種參數(shù)，加工程序等信息通過該接口穿成紙帶，保存起來，以備以后使用?；?qū)⒓垘畔⑼ㄟ^PTR與磁泡盒或磁帶相連接，將零件加工程序送入數(shù)控機床。與通用計算機相連，進展通信，實現(xiàn)編程掌握一體化。通過計算機中的自動編程效率。與上一級計算機相連接，實現(xiàn)CAD／CAM一體化。下面主要介紹使用RS-232C在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中，將相互通信的設(shè)備分成DTE〔數(shù)據(jù)終端設(shè)備〕和DCE〔數(shù)據(jù)通信設(shè)備。計算機或終端設(shè)備是DT。自動呼叫設(shè)備、調(diào)制解調(diào)器Mode、中間設(shè)備等是RS-232C規(guī)定了DTEDCE接設(shè)備時肯定要區(qū)分設(shè)備是DTE還是DCE。將計算機與計算機或終端設(shè)備連接時，即DTEDTERS-232C規(guī)定的電平與TTLMOSRS-232C0”至少3V，規(guī)律“1”為-3V1215V74188MCl48874189MCl48920kHz30m〔見圖5-2。“0”>3VMC1488MC1489發(fā)送“0”>3VMC1488MC1489發(fā)送承受MC1489MC1488承受信號地發(fā)送77屏蔽地11圖5-25 RS-232C接口的輸入輸出門的連接RS-232C有兩個地。一個是機殼地〔插頭座腳1，它直接連到系統(tǒng)屏蔽罩上，只號地〔插頭座腳7送的不行靠。公布的RS-232C30m。RS-232C接口用以連接輸入輸出設(shè)備PTPP或TT9600bit／s50m。在數(shù)控系統(tǒng)裝置中標準的RS-232C／20mA5-26。在數(shù)控系統(tǒng)裝置中，20mA電流環(huán)通常與RS-232C一起配置，過去20mA連接電傳打印機和紙帶穿復校設(shè)備，其特點是電流掌握。以20mA10電流環(huán)的內(nèi)在的雙端傳輸特性對共模干擾有抑制作用引起的干擾。傳輸距離比RS-232C1000m。為了彌補RS-232C的缺乏，提出了的接口標準RS-422／RS-449。RS-422標準規(guī)定了雙端平衡電氣接口模塊。RS-449規(guī)定了這種接口的機械連接標準，即承受37腳的連接器，RS-232C25信號衰減，這樣可使傳送頻率高得多，傳送距離也比RS-232CRS-4225-2775175MC3487，接收器75174MC3486。最近消滅一種的集成電路——雙RS-422／423MC34050，MC34051。每一器件上有兩個獨立的驅(qū)動器和兩個獨立的接收器。MC34050具有DRIVEENABLE及RECEIVERENABLEMC34051DRIVEENABLE總總線RXRDYTXRDY CSMDB0~7RXC&MRTC8253A定時器TXC8251AUSARTDXTSTRRTDRSSDTC20mARS-232A8DXRA1RS-232C8 20mA51757TTY1 TTY2 TTY3 TTY45-26數(shù)控系統(tǒng)裝置中標準的RS-232C20mAMC3847 MC3846++++-+-+發(fā)送 接收5-27RS-422近代數(shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信接口當前對生產(chǎn)自動化提出很高的要求，生產(chǎn)要有很高的敏捷性并能充分利用制造設(shè)備資源，為此將數(shù)控系統(tǒng)裝置和各種系統(tǒng)中的設(shè)備，計算機通過工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)〔LAN〕連網(wǎng)以構(gòu)成FMS或CIMS。連網(wǎng)時應能保證高速和牢靠地傳送數(shù)據(jù)和程序。在這種狀況下，一般承受ISO7IEEE802MAP〔ManufacturingAutomationProtocol化協(xié)議〕FANUC，Siemens，A-B等公司表示支持MAP，在它們生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)裝置中可以配置MAP2.1MAP3.0口。A各層功能B用戶程序AB直接向應用程序供給各種效勞6層6層表示層格式轉(zhuǎn)換以適應網(wǎng)絡(luò)要求表示層數(shù)據(jù)的治理與同步會議層4層4層傳輸層供給節(jié)點至最終節(jié)點間牢靠透亮的數(shù)據(jù)傳送傳輸層完成節(jié)點間數(shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù)包路由選擇網(wǎng)絡(luò)層2層2層數(shù)據(jù)鏈路層供給相鄰節(jié)點間幀傳送的過失掌握數(shù)據(jù)鏈路層相鄰節(jié)點間位傳送及編碼物理層實際鏈路4－28OSI/RM7〔LA，通常它有距離限制〔幾公里，較高的傳輸速率，較低的誤碼率和可以承受各種傳輸介質(zhì)〔如線、雙絞線同軸電纜和光導纖維。ISO〔OSI／RM〕是國際標準組織提出的分層構(gòu)造的計算機通信協(xié)議的模型設(shè)備能夠互連，它是網(wǎng)絡(luò)的根底。OSI／RM75-28信可以認為是在兩個系統(tǒng)的對應層次〔同等層Peer〕內(nèi)進展。同等層間通信必需遵循一系列OSI／RM最大優(yōu)點在于有效地解決了異種機之間的通信問題。不管兩個系統(tǒng)之間的差異有多大，只要具有下述特點就可以相互有效地通信。它們完成一組同樣的通信功能。這些功能分成一樣的層次，對等層供給一樣的功能。同等層必需共享共同的協(xié)議。局部網(wǎng)絡(luò)標準由IEEE802ISO〔LLC〕〔MAC〕MAC中依據(jù)承受的LANCSMC1EEE802.、令牌總線TokenBus802.〕和令牌環(huán)〔TokenRing802.5。物理層也分成兩個子層次，介質(zhì)存取單元〔MAU〕和傳輸載體CarrieMAU分基帶、載帶和寬帶傳輸。傳輸載體有雙絞線、同軸電纜，光導纖維〔圖5-2。西門子公司開發(fā)了總線構(gòu)造的SINECHI工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)可用以連接成FMC和FMS。SIN—ECH1是基于以太網(wǎng)技術(shù)，其MAC子層承受CSM／C〔802.協(xié)議SINECApl.AutomationProtoc0。LLC規(guī)律鏈路掌握802.2LLC規(guī)律鏈路掌握802.2CSMA/CD總線802..3Token樹形構(gòu)造2CSMA/CD總線802..3Token樹形構(gòu)造總線802.4環(huán)802.5〔總線802.4環(huán)802.5雙絞線載體 同軸電纜5-29LAN光導纖維雙絞線載體 同軸電纜5-29LAN光導纖維基帶或?qū)拵AU介質(zhì)存取單元為了將Sinumerik850SINECHl850專用的工廠總線接口板CP535SINECHl850數(shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)可以與主控計算機交850數(shù)控系5-30850850數(shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)可以分成三個區(qū)域；NC區(qū)、PLC區(qū)和COM區(qū)。NC區(qū)負責傳統(tǒng)的數(shù)控功能，承受通道概念，可同時處理加工程序達16通道，其位246PCSINECH1網(wǎng)絡(luò)COMCOM區(qū)PLC區(qū)CP535SINECH1網(wǎng)絡(luò)接口板NC零件程序存儲器接口專用功能模塊I/O緩沖器RAMMulti-PortRAMNC區(qū)計算機連接的標準功能模塊用戶接口機床程序〔PLC〕圖5-30 SINUMERIK850與SINECH1網(wǎng)絡(luò)的連接SINECH1規(guī)程SINECH1規(guī)程起始段SINECAP1.0報頭數(shù)據(jù)幀信息信息幀長度2字節(jié)標識段8字節(jié)出錯編號2字節(jié)最大224字節(jié)SINECH1規(guī)程完畢段圖5-31 SINECAP1.0協(xié)議的幀格式COM區(qū)主要任務(wù)是零件程序和中心數(shù)據(jù)的存儲和治理。它有兩個通道：一個用于零CRTI／O用以存儲所配置機床用的特別專用加工循環(huán)。主計算機送來的零件程序經(jīng)工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)到達850PCCP535接口功能模塊處理，存入多口RAM，然后由COM區(qū)將之存入NC其數(shù)據(jù)交換的格式是“透亮”方式，如圖5-31所示。數(shù)據(jù)幀內(nèi)容包括信息幀長度〔2字節(jié)長、標識段〔8、過失編碼〔2〕及有效的實際數(shù)據(jù)〔最多224。信息幀長度是標識段、過失編碼、有效數(shù)據(jù)長度之和，最短為10234碼方式消滅。此外SINUMERIK850AS5123964R型網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)點—點通信。信息幀格式中有效數(shù)據(jù)最大為128MAP是美國GM公司發(fā)起爭論