基于嵌入式系统的DNC系统开发

摘 要：本文对DNC系统在制造业发展中的地位和作用进行了分析，论述了DNC系统的体系结构和软硬件架构，对利用嵌入式系统构建DNC的过程进行了探讨，对DNC系统的功能和实现技术进行了介绍。

关键词：嵌入式系统；DNC

中图分类号：TP316 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 04-0000-02

1 引言

在我国，随着数控设备在生产实际中的应用越来越广泛。如何在企业的生产过程中，对大量的数控设备进行有效的管理、控制，提高数控设备的使用效率，就成为一个亟需解决的技术难题。为解决这些问题，各种应用系统应运而生，其中，DNC（DistributedNumericalControl），是一个为按要求向各台机床分配数据，并将一组NC程序与存储零件程序或机床程序的公用存储器连接起来的系统。它可以作为制造执行系统（MES）的一个组成部分，也可以独立于MES单独运行。它通过对NC程序的传输和管理，达到提高数控设备的使用效率的目的。本文通过某工厂的DNC项目，详细介绍DNC系统的开发过程。

2 DNC系统的体系结构

本DNC系统数控机床联网采用如图1所示联网方式，数控设备的联网采用基于32位嵌入式系统联网终端，每台加工中心配置一套联网终端，设置一个网络节点，每台加工中心都有独立的通讯通道，可以进行NC程序的上传和下载操作及与加工中心之间的NC程序传输通讯操作。在局域网中设置两台服务器，NC程序服务器、数据库服务器，NC程序服务器负责与各嵌入式系统联网终端进行通讯，负责执行各嵌入式系统联网终端的查询、下载、上传等操作，并将操作结果返回给嵌入式系统联网终端。

3 DNC系统的软件架构

在图1所示的DNC体系结构下，本DNC系统软件架构共分两层，服务器层与客户层。服务器层主要接收客户端发送来的操作请求，并解析各命令，连接ORACLE9i数据库，进行数据库的相关操作，并将结果返回给客户端；客户端主要完成与机床端的通讯，包括NC程序的上传、下载，另外还要完成NC程序上传到数控库服务器、从数据库服务器下载NC程序以及在数据库中进行NC程序相关纪录的管理。如图2所示，DNC系统主要覆盖两个分厂机加1厂和机加3厂，每个分厂各有1台NC程序服务器分别负责与各联网终端的通讯，并将NC程序从联网终端存入Oracle9i数据库或从Oracle9i数据库下载到嵌入式系统联网终端。通过该系统软件架构，可以很好地将各数控机床的NC程序的通讯传输及基于局域网数据库的管理有机地结合起来，从而提高数控机床的使用效率。

4 DNC智能终端硬件结构

本DNC系统利用逐步发展成熟起来的32位嵌入式系统软硬件技术，开发出集成网络数据库与底层加工中心的软硬件接口。本DNC系统的核心硬件拟采用显示器为7寸触摸屏的嵌入式系统，型号为WLT_TFT8048_070H_A8。该系统采用Cortex-A8架构，主频1000MHz，512M字节DDR内存，FLASH存储器256M。该嵌入式系统支持以太网通信和串行口以及USB口，但本系统支持的串行口只是3针的串行口，与数控机床进行串行通讯时，需要用到标准9针串口的至少7根引脚。为解决这一问题，我们开发了USB转串行口的驱动程序，利用嵌入式系统的USB口，再加上一条USB转串行口的通讯线，实现嵌入式系统与数控机床的串行口通讯。图3为DNC智能终端的硬件接口图。

5 DNC系统软件功能设计

该嵌入式系统的操作系统为WINCE6.0。DNC软件开发环境为VisualStudio2008，软件开发语言为C#。图4为DNC系统功能结构。

DNC系统的软件功能分为3个大部分，系统管理、NC程序传输、NC程序管理。

系统管理模块分为系统登录和系统日志，系统登录保证只有权限的用户才能进行系统进行操作，系统日志对用户的操作进行日志记录，以便后期查询维护。

NC程序传输模块主要负责从DNC智能终端向数控机床传输NC程序和从数控机床向DNC智能终端传输NC程序，并可以根据数控机床的实际情况，实时修改和调整参数，包括波特率、数据位、停止位、检验位、流控制等参数。

NC程序管理模块主要负责DNC智能终端通过局域网向数据库服务器上传NC程序，从数据库服务器下载NC程序，并对数据库记录进行修改、删除、查询等操作。通过该功能模块可将数控机床的NC程序通过网络数据库进行管理。

6 DNC系统软件实现关键技术

本DNC系统在实现过程中需要突破两个关键技术，一是NC程序服务器的构建技术，二是嵌入式智能终端的网络通讯及串行通讯技术。由于嵌入式系统能够使用的数据库Oracle客户端目前技术并不成熟，而且NC服务器要同时并发地处理数十台DNC智能终端的访问，因此开发的服务器程序要能够进行数据库的操作，并能把操作结果通过以太网发送给DNC智能终端。这样在服务器端的软件处理上首先要保证在接到一个DNC客户端的连接申请后能够产生一个独立的进程与相应的客户端进行通讯。另外，还要定义服务器与客户端通讯的协议，包括发送信息的涵义和信息的长度，以保证服务器和客户端能够正常通讯。在程序实现上，通过在建立一个网络联接时就创建一个客户端类来独立地维护与DNC客户端的网络通讯，每一个客户端类都有一个进行数据库操作和网络传输的类，分别进行数据库操作和进行网络通讯操作。相应地，DNC客户端也有一个负责网络传输的类与服务器端的相对应，该类中也包含服务器与客户端通讯的协议。DNC客户端还有一个负责串行通讯的类，主要进行NC程序的传输及进行通讯参数设置，该类主要用到了VisualStudio2008开发环境中的SerialPort类。

7 总结

在DNC系统的开发过程中，系统的软硬件架构设计及网络通讯和串行通讯是保证开发成功的关键。利用成熟的32位嵌入式系统开发DNC系统，可以充分发挥其体积小、操作方便、功能强大的特点。32位嵌入式系统本身支持网络通讯和串行通讯，这样就保证了其与数控机床的串行通讯和与服务器的客户端的网络通讯功能的实现。由于嵌入式系统自身的限制，其操作数据库的功能只能借助于NC程序服务器来完成，这就要求服务器端具备同时处理多个联接，并进行数据库操作和网络通讯的功能，这对服务器的实时性和并发性提出了很高的要求，本系统通过相应的设计与开发手段，达到了上述要求。本DNC系统的开发，为实现基于嵌入式系统和局域网的数控车间管理和控制打下了坚实的基础。

参考文献：

[1]于兴晗.C/S模型在WinCE串口编程中的应用[J].单片机与嵌入式系统应用，2012（7）：73-74.

[2]龚建伟.VisualC++/TurboC串口通信编程实践[M].北京：电子工业出版社，2008.

[3]刘飞.制造系统工程[M].北京：国防工业出版社，2004.

[作者简介]崔万瑞（1973.2-），男，现为中国兵器工业集团公司55研究所高级工程师。

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