DNC 分布式數字控制（ DiSTributed Numerical Control） , 是以計算機技術、通訊技術、數控技術等為基礎， 把數控機床與上層控制計算機集成起來， 從而實現(xiàn)數控機床的集中控制、管理， 以及數控機床與上層控制計算機間的信息交換。它是現(xiàn)代機械加工企業(yè)實現(xiàn)設備集成、信息集成、功能集成的一種新方法， 是制造自動化的重要模式， 也是實現(xiàn)CIMS 等集成制造系統(tǒng)的重要組成部分。
在過去十幾年， 人們將大量的精力投向FMS（Flexible ManufactureSystem）系統(tǒng)的研究， 但實際應用結果表明， FMS 的這種不僅注重信息流的集成， 更強調物流的集成與自動化， 雖然具有運行效率高和自動化程度高等優(yōu)點， 但投資風險大、見效慢、可靠性較差。相對于FMS, DNC 是投資小、見效快、并具有較好柔性的集成制造系統(tǒng)。隨著計算機技術、數控技術和網絡通信技術的發(fā)展， DNC 的內涵和功能也在不斷擴大， 目前DNC 系統(tǒng)已具備制造數據傳送、狀態(tài)數據采集與處理、刀具管理、生產調度與監(jiān)控、單元控制和CAD/CAPP/CAM接口等功能。
在分析現(xiàn)有DNC 主機與數控系統(tǒng)通信接口功能的基礎上， 從DNC 通信接口功能的角度可將DNC 分為基本DNC、狹義DNC 和廣義DNC 三種?；緝热萑绫? 所示。
表1 DNC 分類
目前， 在實際DNC 系統(tǒng)集成應用中，常采用基于串行口通訊的接口模式、以太網絡模式。筆者重點對以上DNC 的二種通訊接口模式分別介紹。
1 基于串行口通訊的DNC 接口模式
利用數控機床提供的RS232C 或RS485 接口， 采用點對點型或星形拓撲結構， 實現(xiàn)串行通信。這是目前在車間中應用最多的一種通信方法， 但這種通信方法存在工控微機多、投入成本高、管理和維護工作量大和易于出錯等缺點。目前使用的數控系統(tǒng)大多帶有RS232C 串行通信接口。利用該RS232C 接口可直接實現(xiàn)基本DNC 通信和狹義DNC 通信功能。
1.1 帶串口擴展卡的DNC 通訊接口模式
帶串口擴展卡的DNC 接口模式是上世紀90 年代中期出現(xiàn)的模式， 如圖1 所示， 在當時大家還普遍使用單機傳輸的年代， 此方式是一種創(chuàng)新， 可以說它代表了當時我國DNC 產品的最高水平。MOXA C320Turbo 卡（ 或其它多路串行通訊卡） 是通過ISA（ 或PCI） 插卡的方式與計算機連接， 再通過一根帶屏蔽的10 芯電纜線連接通訊模塊， 每個通訊模塊帶8 個通訊口， 可以實現(xiàn)多個通訊模塊級聯(lián)， 每個通訊口最多帶8 個節(jié)點， 每個計算機又可以擴展4 個ISA（ 或PCI） 插卡， 這樣一臺計算機最多可以擴展256 個RS- 232 接口。通訊模塊與計算機之間距離不能太長， 一般在十幾米左右。
1.2 帶串口服務器的DNC 通訊接口模式
串口服務器的功能是將來自TCP/IP 協(xié)議的數據包， 解析為串口數據流； 反之， 也可以將串口數據流打成TCP/IP 協(xié)議的數據包，從而實現(xiàn)數據的網絡傳輸， 它能將多個串口設備連接并能對串口數據流進行選擇和處理， 把現(xiàn)有的RS232 接口的數據轉化為IP 端口的數據， 這樣就能夠將傳統(tǒng)的串行數據送上流行的IP 通道， 而無須過早的淘汰原有的不帶以太網模塊的數控系統(tǒng)設備， 從而提高現(xiàn)有設備的利用率， 節(jié)約了投資， 簡化了布線， 如圖2 所示。在數據處理方面， 串口服務器完成的是一個面向連接的RS232 鏈路和面向無連接以太網之間的通訊數據的存儲控制， 系統(tǒng)對來自串口設備的串口數據流進行處理， 并進行格式轉換， 使之成為可以在以太網中傳播的數據幀，對來自以太網的數據幀進行判斷， 并轉換成串行數據送達響應的串口設備。在實際應用方面， 串口服務器將具有TCP/IP 協(xié)議的以太網接口映射為Windows 操作系統(tǒng)下的一個標準串口，應用程序可以像對普通串口一樣對其進行收發(fā)和控制， 因此，串口服務器在數控系統(tǒng)組網中的功能是把來自數控系統(tǒng)的任何信息透明地傳輸到局域網上的任何一個計算機， 也可以把來自局域網的任何信息透明地傳輸給數控設備； 相當于局域網和串口設備的網關通過為串口服務器配置IP 地址， 使數控機床成為局域網中的一個節(jié)點， 從而擁有局域網的部分功能， 實現(xiàn)資源共享。
例如MOXA CN2516 多路串口服務器， 在組網時它可以是局域網絡上的一個節(jié)點， 通過HUB 或交換機來與NC 程序管理計算機相連， 這樣， 它可以放在車間的任一固定位置上， 大大減少了車間到管理中心部門的布線， 另外， CN2516 還可以在多臺計算機上安裝其驅動程序， 多臺計算機可同時進行監(jiān)視控制， 給用戶的維護工作帶來方便， 網絡結構如圖3 所示。
圖3 帶串口服務器的廣義DNC 網絡結構圖
串口服務器真正的優(yōu)勢以及價值的體現(xiàn)并不是表現(xiàn)在直連方式的應用上， 將設備連接到以太網上是它重要的目的， 通過串口服務器將數控設備連接到以太網上，其接線方式非常簡單，只需要將串口服務器連接到集線器或者交換機上即可，通過設置串口服務器的IP 地址， 就可使串口服務器成為以太網上的一個節(jié)點，從而使連接到該串口服務器的數控系統(tǒng)連接到以太網上，通過該組網方式能夠將不同的數控系統(tǒng)，不同形式的串口（如RS232、RS422 和RS485）， 連接到以太網上， 實現(xiàn)數控系統(tǒng)的異構組網。該組網方式可以將整個企業(yè)的數控系統(tǒng)連接到網絡上，在組網過程中， 除了可以利用交換機和集線器擴展外，還可以利用工業(yè)以太網交換機， 如MOXA EDS508, 可以擴展不同型號的串口服務器，實現(xiàn)數控設備的靈活組網，實現(xiàn)了網絡資源的共享和對所有數控系統(tǒng)的集中管理、控制，為網絡制造技術搭建平臺，網絡結構如圖4 所示。
圖4 帶串口服務器的廣義DNC 以太網絡結構圖
2 基于串口服務器的以太網DNC 模式
隨著工業(yè)以太網的快速發(fā)展， 工業(yè)自動化通信網絡正在逐步統(tǒng)一到工業(yè)以太網，并正在向下逐漸延伸?；诠I(yè)以太網和TCP/IP 技術在DNC 通信系統(tǒng)的應用研究已成為DNC 技術研究的新方向， 以太網速度從原始的10Mbps 提高到100Mbps以至到今天的1000Mbps, 足夠的帶寬和交換式集線器的應用解決了以太網的不確定問題，使以太網有能力滿足實時系統(tǒng)的要求， 其次， 以太網交換機為連接在其端口上的每個網絡節(jié)點提供了獨立的帶寬， 連接在同一交換機上面的不同設備不存在資源爭奪， 這就相當于每個設備獨占一個網段； 再次， 全雙工通信技術又為每一個設備與交換機端口之間提供了發(fā)送與接受的專用通道， 因此使不同以太網設備之間的沖突大大降低或完全避免。故越來越多的基于以太網的工業(yè)通訊網絡得以在DNC 系統(tǒng)中應用。
對于某些具備以太網接口的先進加工中心等數控設備和微機設備， 可直接連接到交換機； 對于只具備RS232 或RS485等串行接口的數控設備，通過串口服務器（如MOXA Nport5210）轉換為以太網接口，然后連接到交換機。DNC 服務器通過以太網交換機與底層的數控設備實現(xiàn)信息互通，從而實現(xiàn)服務器對數控設備的聯(lián)網控制管理， 如圖5 所示。
圖5 基于以太網的DNC 模式結構圖
基于以太網的DNC 系統(tǒng)使車間乃至整個企業(yè)的信息網與DNC 通信網絡得以整體集成， 而且可以直接將數控機床接入Internet,實現(xiàn)遠程信息的傳輸，適應了現(xiàn)代網絡制造的需要，同時企業(yè)聯(lián)盟可通過訪問Internet 互聯(lián)網， 在企業(yè)聯(lián)盟各自的服務器之間實現(xiàn)數據和信息的流通。企業(yè)內部的DNC 系統(tǒng)通過服務器接口，對外提供服務和資源的共享。為了防止企業(yè)聯(lián)盟間在Internet 上進行的信息流通和協(xié)作活動所出現(xiàn)的網絡安全隱患?？墒褂肰PN 技術在企業(yè)聯(lián)盟間建立虛擬的專用網絡。
VPN 具有高度的網絡安全性，容易擴展而且適應性強，企業(yè)對網絡擁有充分的控制權，隨時可以與外界進行連接。因此，使用VPN 技術將制造企業(yè)聯(lián)盟的車間DNC 系統(tǒng)通過VPN 集成起來，實現(xiàn)聯(lián)盟間的網絡化設計、生產制造，是當前網絡化制造環(huán)境下可行的、安全的制造模式。
3 結束語
信息技術和計算機網絡技術的迅速發(fā)展給制造業(yè)帶來了巨大的影響。在當今經濟全球化的時代，為了快速響應市場需求， 提高企業(yè)的產品研發(fā)能力， 縮短產品開發(fā)周期， 降低開發(fā)成本， 提高企業(yè)的競爭能力， 制造企業(yè)必須要從傳統(tǒng)制造模式進入網絡化的生產制造模式。網絡化制造模式作為一種先進制造模式，提供了制造企業(yè)在網絡環(huán)境下從產品設計到生產制造最終到管理和營銷等業(yè)務的具體實現(xiàn)技術。在網絡化制造模式下，DNC 系統(tǒng)作為現(xiàn)代機械制造企業(yè)的一種先進運行模式，其功能不僅包括車間底層制造設備的通信和集中控制管理，還向上延伸至企業(yè)的其它部門，乃至制造聯(lián)盟以及合作企業(yè)部門間的信息通信集成。通過DNC 系統(tǒng)和網絡技術可實現(xiàn)企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟間的資源重新配置和重組，以及新產品的協(xié)同設計和遠程制造加工。