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1.概述
隨著機械行業和信息化技術的發展，企業生產使用的數控設備越來越多，而傳統的對數控機床進行單機管理模式已不能適應企業發展的需要，應用計算機技術通過DNC控制方式對數控設備群進行集中管理與監控，形成企業內部的MES系統，這是未來企業數控設備管理的發展方向。
本文主要闡述基于DNC系統控制多臺數控機床構建設備管理系統，預期達到：1)在企業MES系統上，對現場所有數控設備的相關信息一目了然，利用MES軟件集中處理這些機床的數據，便于進行設備管理統計與分析工作。2)對現場的數控設備運行情況進行實時監控。3)工藝編程人員編制的加工程序，通過內網快速傳輸，提高工件程序的準確性。
2.企業使用DNC系統前的狀態
由于數控設備現場是從普通機床車間持續發展起來的，并沒有針對數控機床的特點進行管理。存在很多制約加工效率的因素。
(1)加工程序的文本管理不到位，現場的零件加工程序中有的是工藝人員編制的，也有的是數控操作者編寫的，程序存放不統一、修改程序記錄不及時，一旦出錯，責任不明確，出現推諉扯皮現象。
(2)在程序傳輸方面，有采用臺式電腦進行傳輸的，有采用軟盤、U盤進行傳輸的，還有采用人工方式進行錄入的。電腦一對一傳輸，需用編程人員與操作者一起進行，浪費人力資源；軟盤、U盤由于軍工企業已禁止使用；而采用人工錄入的方式更是不可取，因為輸程序出現錯誤的機率非常大。
(3)有一部分數控機床的系統，硬盤內存空間小，大量的加工程序裝不下，只得進行反復刪除和輸入，嚴重影響機床加工效率，且增加出錯風險。
(4)企業設備管理人員掌握現場數控設備使用運行情況，需親自下現場，如果現場機床出現問題，需電話報修，通知維修人員進行修理。整個現場數控設備得不到及時維護和在線監控。
基于上述問題，對本企業現場數控設備實施DNC系統，實現程序編制、管理統一，傳輸方便準確，能及時監控數控設備的運行狀態，提高了生產效率
3.DNC系統的功能和控制原理
DNC系統可實現的功能有：可實現制造系統網絡化遠程服務功能；可在網絡上實現動態管理；可提供一個效率高的程序編輯；修改以及仿真的平臺；可實現數控加工信息的數據庫管理；可實現嚴格的權限管理；為實現基于網絡制造系統得先進制造技術打下堅實的基礎，最大限度提高了設備利用率。
DNC集成技術就是以數控技術、計算機技術、網絡技術、通訊技術為基礎，把與制造加工過程中的設備與上層控制計算機集成起來，從而實現企業現場數控設備集中控制管理，以及數控設備之間，數控設備與上層計算機之間的信息交換，同時能把現場的數控設備接入企業局域網。
DNC是Direct Numerical Control的簡稱，即直接的數字控制，也就是將現場多臺數控設備直接連接在一臺計算機上，由中央計算機負責數控程序的傳輸與處理，以及加工時間、故障停機等信息的在線監控。目前，DNC系統的數控聯網方式有三種：(1)采用現場總線。(2)采用串口轉換器。(3)采用協議轉換聯網方式。本企業是采用第三種方式成功實現了多臺數控設備DNC系統的控制。如圖1所示。
4.數控設備管理實施案例
本企業基于DNC系統建立了制造資源-管理系統即MES系統，顯示內容有：1)設備維修管理目錄下：維修結果記錄；設備維修查詢；未維修設備日報；備件臺帳查詢。2)設備輔助管理目錄下：設備基礎維護；設備維修（子目錄下：95車間設備監控；32車間設備監控；33車間設備監控；設備報警響應；維修記錄查詢）。3)個人設置。
4.1 數控設備網絡連接
本企業數控機床的聯網系統包括：①網絡服務器；②網絡交換機；③局域網線；④數據采集器；⑤通訊電纜；⑥數控機床。
方案是采用數控機床的RS232接口進行DNC通訊連接，將每臺數控機床單獨連接一個信號數據采集器聯在DNC網絡上，這個數據采集器只是采集數控機床的報警信息和零件加工時間的數據，數控機床加工程序傳輸等工作還是利用RS232口通過DNC網絡與計算機服務器聯系，數據采集器只是把要采集到的信號通過DNC網絡上傳到計算機服務器，采用MES軟件進行管理和處理。如圖2所示。
4.2 數控設備數據采集的選擇條件和方法
數控機床的加工數據信息有很多種，比如設備報警信息、主軸轉速信號、機床啟動信號、冷卻運行信號等等，在這些信號中，我們選擇設備報警信息信號和操作者實際加工零件狀態的信號進行具體操作。
現場的數控機床有很多種，所采用的數控系統也不統一，例如西門子系統、FANUC系統、NUM系統等，在這些機床及數控系統中，這些信號都具備提供給MES軟件的條件，但通過分析比較可以發現，有些信號比如液壓、潤滑、冷卻信號在有些特殊零件的加工中無法采集；還有主軸轉速信號，在某些非加工狀態時也有可能轉動，所以也不能使用。只有設備報警信息信號和加工循環啟動信號在各個機床及系統上都是必備的功能，也符合數據采集的選擇條件，所以決定采用設備報警信息信號和加工循環啟動信號提供給MES軟件。
設備報警信息信號的采集是從機床I/O口取24V信號，提供給串口服務器，通過網口送給局域網交換機，經過DNC服務器傳給聯網的計算機。操作者實際加工零件狀態的信號，應首先采集數控機床循環啟動加工零件的開始信號，其次采集數控機床循環啟動加工零件的結束信號，這樣MES軟件才能計算出加工時間。舉例說明機床加工時間信號的采集過程，以西門子840D系統來說明這個信號的確認方法，對于SIEMENS 840D系統來說，在加工時需要按“循環啟動”（NC Start）鍵啟動加工程序，結束時按“循環停止”（NC Stop）鍵停止當前的執行程序，這兩個信號在西門子系統中都是脈沖信號，控制面板與系統采用MPI總線通信，無法滿足DNC數據采集器的工作要求條件。但西門子標準面板上按鍵“NC Start”下面對應著一個指示燈，按鍵“NC Start”按下時指示燈亮，表示加工程序開始運行，并且常亮直至“NC Stop”被按下，燈熄滅，表示加工結束，可以直接取這個信號狀態來給數據采集器使用。數據采集器需要24V狀態，這可以通過西門子PLC發出此信號，方法是通過梯形圖編程提取“NC Start”燈的信號，再通過PLC模塊供給數據采集器24V信號。
4.3 數控設備數據采集信號的處理方案
對數控機床加工時間信號處理，西門子標準操作面板的按鍵與指示燈接口地址號都有固定的，利于系統NCK與PLC S7-300通訊，參照西門子系統手冊可以查到對應的地址，下面以銑床版來說明控制信號的編程方法。
首先查閱西門子（銑床版）機床控制面板接口信號表（如圖3），找到我們需要的信號“NC Start”即循環啟動指示燈的地址為：字節QB n+1，位5，n由各個機床按實際編寫的PLC程序確定，各個機床都不相同，以一臺五坐標加工中心為例，參照這臺機床的原始PLC程序可以確定n為0，則“NC Start”燈的輸出信號地址為Q1.5，在S7-300上需要找到一個輸出空位地址，比如為Q70.1，則可以在機床的原PLC程序上加上一段語句：
A Q1.5
=Q70.1
這樣就可以實現在PLC模塊上地址Q70.1輸出24V信號，使用西門子Step7軟件修改梯圖。數控機床的梯形圖包括很多功能塊，在允許的功能塊加上加一段語句即可實現24V信號的輸出，比如此數控機床可寫在FC103功能塊里。此外在程序上還可以加上更為準確的一些約束條件，例如主軸啟動信號（Q3.2）等，程序就可以寫為：
A Q1.5
A Q3.2
=Q70.1
這樣能使監控的零件加工時間信號更為準確。
對數控機床報警停機信號的處理，同樣在S7-300上找到一個輸出空位地址，選定空位地址Q70.2，數控機床報警燈PLC地址Q1.0，程序就可以寫為：
A Q1.0
=Q70.2
同樣使用西門子Step7軟件對梯圖進行修改處理。將在西門子840D數控系統的PLC程序重新改寫完成后，上傳到數控系統里，并進行正確的電氣聯接，就可以進行零件的加工狀態和機床報警停機在線實時監控。
在現場應用中效果更為顯著，首先在設備管理系統的計算機顯示屏上能直觀動態顯示各臺設備所處于的實施工作狀態，以某車間為例，如圖4。灰色表示：設備為派工，紅色表示。
設備故障，黃色表示：已派工未開工，紅色表示：設備正常運行，若點擊某一臺設備，就會彈出該設備的名稱、編號、操作者姓名、自動加工時間統計等內容。其次在設備報警信息響應系統中，一旦有設備報警，立即作出響應，設備維修人員能及時進行搶修，修復后，取消報警并錄入該設備故障部位、故障原因、診斷過程、維修方法等，能夠準確地建立設備維修檔案，為今后維修工作打下基礎，并且實行企業內部網上設備資源共享，MES系統的實施為進一步全面管理控制現場設備建立了一個嶄新的平臺。
5.結論
實踐證明，本企業基于DNC技術建立的制造執行系統即MES系統，改變了原有落后的設備管理模式，具有如下優勢：
(1)使數控機床的加工程序編制規范化，統一進行局域網傳輸，快速、準確，提高了生產效率。
(2)通過中央控制計算機能對現場聯網的數控設備的自動運行加工時間及有無報警停機進行在線監控，在對數控設備的故障診斷、冷卻潤滑系統的在線監控方面，還在醞釀之中，有待進一步實施。
(3)企業管理部門或管理系統能及時、全面、準確獲取現場數控設備的各種信息，利于生產管理計劃和采取措施，最大限度發揮生產管理作用，使企業的設備管理系統邁上了一個新臺階。
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