分布式数字控制系统的实现

DNC有两种英文表达，即Direct Numerical Control和Distributed Numerical Control，前者译为“直接数字控制”，后者译为“分布式数字控制”。两种表达反映了DNC的不同发展阶段。DNC始于20世纪70年代初期，DNC的出现标志着数控加工由单机控制发展到集中控制。最早的DNC是用一台中央计算机集中控制多台（3～5台）数控机床，机床的部分数控功能由中央计算机完成，组成DNC的数控机床只配置简单的机床控制器，用于数据传送、驱动和手工操作（见图4-1，图中每种方案连接只画出一台机床），在这种控制模式下，机床不能独立工作，虽然能节省部分硬件，但现在的硬件价格很低，因此该方案已失去实用意义。

第二代DNC系统称为DNC-BTR系统，各机床的数控功能不变，DNC的功能起着数控机床的纸带阅读机的功能，故称为读带机旁路控制（behind tape reader，BTR）。若DNC通信受到干扰，数控机床仍可用原读带机独立工作。

图4-1　DNC系统的组成方案

现代DNC系统称为DNC-CNC系统，它由中央计算机、CNC控制器、通信端口和连接线路组成。现代CNC都具有双向串行接口和较大容量的存储器。通信端口在CNC一侧，通常是一台工控微机，也称DNC接口机。每台CNC都与一台DNC接口机相连（点对点式），通过串行口（如RS232、20MA电流环、RS422和RS449等）进行通信，DNC中央机与DNC接口机通过现场总线如Profibus、CAN bus、Bit bus等进行通信，实现对CNC（包括多制式CNC）机床的分布式控制和管理。数控程序以程序块方式传送，与机床加工非同步进行。先进的CNC具有网络接口，DNC中央计算机与CNC通过现场总线直接通信。DNC中央计算机与上层计算机通过局域网（local area network，LAN）进行通信，如MAP（manufacturing automation protocol）网、以太网等。DNC-CNC系统的主要功能和任务如表4-1所示。

表4-1　DNC-CNC系统的主要功能和任务

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1）系统控制

DNC系统控制功能的主要任务是根据作业计划进行作业调度，将加工任务分配给各机床，要求在正确的时间，将正确的程序传送到正确的加工机床，即3R（right time，right programmer，right position）。数控数据包括数控程序、数控程序参数、刀具数据、托盘零点偏移数据等。

2）数据管理

DNC系统管理的数据包括作业计划数据、数控数据、生产统计数据和设备运行统计数据等。数据管理包括数据的存储、修改、清除和打印。数控程序往往在机床上要通过仿真进行修改和完善，经过加工验证过的数控程序要存储，并回传DNC系统中央计算机。生产统计数据和设备运行数据需要在系统运行过程中生成。

3）系统监视

DNC系统监视功能的主要任务是对刀具磨损、破损的检测和系统运行状态的检测及故障报警。