CN116125913A - 一种基于tcp/ip的数控机床通讯***及工作方法 - Google Patents

一种基于tcp/ip的数控机床通讯***及工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于数控机床通讯技术领域，具体涉及一种基于TCP/IP的数控机床通讯***，包括数控机床及用于控制数控机床运行的数控***，位于所述数控***上的网络接口模块电信号连接有CNC网络通讯拓展单元上设置的网络接口模块，其中，所述CNC网络通讯拓展单元还包括与网络接口模块电连接的MCU，所述MCU还与RS485接口模块及DC‑DC电性连接，以及与MCU电连接的编码器接口模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、输出接口模块及输入接口模块，并通过所述编码器接口模块外接有编码器，通过所述模拟量输入模块外接有模拟量传感器，通过所述模拟量输出模块外接有模拟量控制相关设备。本发明，能够实现数控机床与其它外部设备进行数据自由交互，并提升扩展性。

Description

一种基于TCP/IP的数控机床通讯***及工作方法
技术领域
本发明属于数控机床通讯技术领域，具体涉及一种基于TCP/IP的数控机床通讯***及工作方法。
背景技术
数控机床也属于工业母机的一种，被广泛的应用到机械加工领域。
一台数控机床在使用期间，除了自身机床本体以外，还需要外接各种配套部件或其他设备才能完全发挥机床性能及实现工业互联等功能，且与外界部件扩展有限。
现有技术存在的问题：
现代数控机床预留扩展接口虽然种类很多，但使用起来还是有很多的不便，专用接口需开通权限增加费用、需要同一品牌，进口配件会价格过高，时间过长，通用接口，通讯不稳定，容易受到干扰、通讯数据慢、接口数量有限、接口被淘汰数控机床可能取消标配。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于TCP/IP的数控机床通讯***及工作方法，能够实现数控机床与其它外部设备进行数据自由交互，并提升扩展性。
本发明采取的技术方案具体如下：
一种基于TCP/IP的数控机床通讯***，包括数控机床及用于控制数控机床运行的数控***；
位于所述数控***上的网络接口模块电信号连接有CNC网络通讯拓展单元上设置的网络接口模块；
其中，所述CNC网络通讯拓展单元还包括
与网络接口模块电连接的MCU，所述MCU还与RS485接口模块及DC-DC电性连接；
以及与MCU电连接的编码器接口模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、输出接口模块及输入接口模块，并通过所述编码器接口模块外接有编码器，通过所述模拟量输入模块外接有模拟量传感器，通过所述模拟量输出模块外接有模拟量控制相关设备，通过所述输出接口模块及输入接口模块外接有外部工业设备；
所述外接设备还通过Modbus协议连接CNC网络通讯拓展单元；
另外，所述网络接口模块通过TCP/IP协议与网络设备连接；
所述网络接口模块还与数控***上的网络接口模块连接；
所述数控***的网络接口模块通过CNC网络通讯拓展单元对附加轴进行数据的通讯采集；
所述数控***的网络接口模块用于控制数控机床所设置的网络设备，并进行数据的通讯采集。
所述数控***包括上的RS232接口及网络接口模块电信号连接的CPU单元、存储单元、PLC控制器、及其他单元部件。
所述编码器通过编码器接口模块将编码器产生的编码信号传输给数控机床。
一种基于TCP/IP的数控机床通讯***的工作方法，包括如下步骤：
S1:所述数控***执行写入的NC程序，通过将需要调用外接设备的指令数据存入存储单元，数控机床运行时，也会将数控机床运行状态的数据存入存储单元；
S2:S2:数控机床工作时，CNC网络通讯拓展单元通过网络接口模块及网络接口访问存储单元，如果存储单元定义的专用数据存储处有新数据及指令更新，就会下载数据至CNC网络通讯拓展单元；
S3:CNC网络通讯拓展单元通过网络接口模块下载指令或数据后由MCU解析数据；
S4:经过MCU解析后，首先调用外接设备指令，MCU会把指令的内容对照相应接口发给指定外接设备或部件，随后调用CNC网络通讯拓展单元预制指令，CNC网络通讯拓展单元内部MCU会按照预制程序逻辑运行，通过RS232接口、模拟量输出模块、输出接口模块调用外部设备及部件。
S5:外部设备或部件完成指令动作后，或者需要反馈数据或信号时，会先通过CNC网络通讯拓展单元各种外部接口发送数据到CNC网络通讯拓展单元；
S6:MCU根据自身程序处理过反馈数据后，通过网络接口模块及网络接口写入反馈数据到存储单元。
S7:CPU单元根据存储单元数据的更新，来获得外部设备及部件的反馈数据或外部指令等。
根据步骤S7，设定一台数控机床调用附加轴旋转方法：
a、数控***按照已经编程的加工NC程序执行G90；
b、CPU单元将指令数据G90写入到存储单元指定存放位置；
c、MCU通过网络接口模块及网络接口不停扫描存储单元固定位置，当存储单元指定存放角度数据位置从数值0°更新到90°后，CNC网络通讯拓展单元收到旋转指令；
d、MCU将数值90°按照规定格式编辑，并通过RS485接口模块以Modbus协议发送给外接设备及附加轴驱动器；
e、附加轴驱动器接受角度指令后，通过控制电机带动附加轴从0°旋转至90°；
f、附加轴驱动器完成旋转指令后，通过RS485接口模块向MCU反馈旋转完成信息；
g、MCU按照规定数据编码格式通过网络接口模块到网络接口向存储单元指定位置写入旋转完成数值。
所述附加轴设置数量至少包括一个。
本发明取得的技术效果为：
本发明，通过CNC网络通讯拓展单元，能够使多种具有网络通信功能的驱动电机直接通过TCP/IP连接数控机床，能够为数控机床增加多个附加轴，由于数控机床增加多个附加轴，能够减少装夹移机的附加工作，增加产品良率，提高加工效率，也能使工件一次装夹后实现多面加工，扩大数控机床的加工能力。
本发明，数控机床通过CNC网络通讯拓展单元可实现单个接口连接多种类、多数量的外接设备或传感器，降低由于改造数控机床而产生的费用。
本发明，其他工业设备、上位机、服务器都能通过CNC网络通讯拓展单元连接到数控机床，为实现工厂工业互联提供硬件基础，并提升扩展性。
附图说明
图1是本发明的数控机床***结构示意图；
图2是本发明中CNC网络通讯拓展单元的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
本申请中的各符号分别代表：
CNC：用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法：
AI：模拟量输入：
AO：模拟量输出；
DO：数字开关输出；
DI：数字开关输入：
Modbus：是一种串行通信协议：
I/O单元:输入输出单元；
RS232接口:是常用的串行通信接口标准之一；
MCU：微控制单元；
RS485接口：仪表通信接口；
DC-DC：变换器；
TCP/IP协议：能够在多个不同网络间实现信息传输的协议簇；
PLC控制器：可编程逻辑控制器。
一台数控机床在使用期间，除了数控机床本体以外，还需要外接各种配套部件或其他设备才能完全发挥机床性能及实现工业互联等功能，例如：一台标准的三轴数控机床如果需要增加到五轴，就需要额外再连接两个旋转轴；如果需要工业机器人配合自动上下料及在线检测加工零件那就需要数控机床连接工业机器人及各种检测传感器等部件后才能协调工作。
进一步的，而一般的数控机床出厂后预留的外接设备或部件接口有以下几种：
1、是专用定制类接口；这类接口一般是数控机床上所使用的数控***厂商专用开发的接口，如总线接口，但使用起来会有一定限制，如：需要缴费给数控***厂商开通权限、需要购买和数控***同一品牌的部件或设备才能使用，但有该部件换到其他品牌的数控***上又不用使用等问题，这就造成了成本高，没有通用性问题；
2、I/O口；I/O口是数控行业的通用标准接口，并参照图1中数控***与外部I/O接口设备及外部串口设备的连接，数控***通过I/O单元连接外部I/O接口设备，数控***还包括用于连接外部串口设备的RS232接口,但I/O口使用有很大的局限性，如：I/O口不能做到大量数据传输，只能传递开或关的信号信息，使用起来接口数量有限，一台机床不可能预留太多I/O口；
3、串口；串口是数控行业的通用标准接口，但由于串口易受到干扰，数据传输量有限等问题在被数控***厂商逐步淘汰，以后的数控机床可能不再标配串口；
4、网口；数控机床都会标配网口，用于数控机床的数据采集、数控机床程序的上传下载、远程诊断、远程操作，使用上述功能需要购买数控***厂商发开的软件，但并不能用来实现外接部件扩展使用。
根据上述结构，现代数控机床预留扩展接口虽然种类很多，但使用起来还是有很多的不便，如专用接口：需要开通权限增加费用、需要同一品牌，如遇进口同型号配件或者原厂配件会价格过高，时间过长，如通用接口：通讯不稳定，容易收到干扰、通讯数据慢、接口数量有限、接口被淘汰数控机床可能取消标配等问题。
为了解决上述问题，本申请提供一种基于TCP/IP的数控机床通讯方法及***，以实现数控机床与其它外部设备进行数据自由交互，具体试试方式如下：
其中，外部设备包括机器人、变频器、伺服驱动器、传感器及上位机。
如图1及图2所示，一种基于TCP/IP的数控机床通讯***及工作方法，包括数控机床及用于控制数控机床运行的数控***以及位于数控***上的网络接口模块，电信号连接有CNC网络通讯拓展单元上设置的网络接口模块。
其中，CNC网络通讯拓展单元还包括与网络接口模块电连接的MCU，MCU还与RS485接口模块及DC-DC电性连接，以及与MCU电连接的编码器接口模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、输出接口模块及输入接口模块，并通过编码器接口模块外接有编码器，通过模拟量输入模块外接有模拟量传感器，通过模拟量输出模块外接有模拟量控制相关设备，通过输出接口模块及输入接口模块外接有外部工业设备，外接设备还通过Modbus协议连接CNC网络通讯拓展单元。
另外，网络接口模块通过TCP/IP协议与网络设备连接，网络接口模块还与数控***上的网络接口模块连接，数控***的网络接口模块通过CNC网络通讯拓展单元对附加轴进行数据的通讯采集，数控***的网络接口模块用于控制数控机床所设置的网络设备，并进行数据的通讯采集。
通过数控***的网络通信模块，用于连接外部网络，进而可通过网络连接外部设备，进而用于提升连接的多样性，用于提升扩展性。
CNC网络通讯拓展单元能够跨多种数控***平台使用，使数控机床不受各种接口限制，直接连接各种外接设备使用。
网络接口模块用于拓展单元网络通讯模块，可以同时连接数控机床和各种使用网络接口的相关设备并能作为终端连接上位设备，也可以通过网络下载上位机程序，更新CNC网络通讯拓展单元内置功能，提升扩展性。
输出接口模块与输入接口模块还可用于外接各种I/O端口设备及各种具有I/O接口的传感器及工业设备，进而可提升适用性与拓展性。
另外，模拟传感器还可以是其他反馈设备。
数控***包括上的RS232接口及网络接口模块电信号连接的CPU单元、存储单元、PLC控制器、及其他单元部件。
参照图1与图2，编码器通过编码器接口模块将编码器产生的编码信号传输给数控机床，数控机床通讯***的工作方法，其具体工作方法方式如下：
一种基于TCP/IP的数控机床通讯***的工作方法，包括如下步骤：
S1:数控***执行写入的NC程序，通过将需要调用外接设备的指令数据存入存储单元，数控机床运行时，也会将数控机床运行状态的数据存入存储单元，外接设备包括附加轴、上下料设备及其他配套设备，上述所提及的运行状态数据包括运行的位置信息及运行速度信息；
S2:数控机床工作时，CNC网络通讯拓展单元通过网络接口模块及网络接口访问存储单元，如果存储单元定义的专用数据存储处有新数据及指令更新，就会下载数据至CNC网络通讯拓展单元；
S3:CNC网络通讯拓展单元通过网络接口模块下载指令或数据后由MCU解析数据；
S4:经过MCU解析后，首先调用外接设备指令，MCU会把指令的内容对照相应接口发给指定外接设备或部件，随后调用CNC网络通讯拓展单元预制指令，CNC网络通讯拓展单元内部MCU会按照预制程序逻辑运行，通过RS232接口、模拟量输出模块、输出接口模块调用外部设备及部件。
S5:外部设备或部件完成指令动作后，或者需要反馈数据或信号时，会先通过CNC网络通讯拓展单元各种外部接口发送数据到CNC网络通讯拓展单元。
S6:MCU根据自身程序处理过反馈数据后，通过网络接口模块及网络接口写入反馈数据到存储单元。
S7:CPU单元根据存储单元数据的更新，来获得外部设备及部件的反馈数据或外部指令等。
根据步骤S7，设定一台数控机床调用附加轴旋转方法：
a、数控***按照已经编程的加工NC程序执行G90；
b、CPU单元将指令数据G90写入到存储单元指定存放位置；
c、MCU通过网络接口模块及网络接口不停扫描存储单元固定位置，当存储单元指定存放角度数据位置从数值0°更新到90°后，CNC网络通讯拓展单元收到旋转指令；
d、MCU将数值90°按照规定格式编辑，并通过RS485接口模块以Modbus协议发送给外接设备及附加轴驱动器；
e、附加轴驱动器接受角度指令后，通过控制电机带动附加轴从0°旋转至90°；
f、附加轴驱动器完成旋转指令后，通过RS485接口模块向MCU反馈旋转完成信息；
g、MCU按照规定数据编码格式通过网络接口模块到网络接口向存储单元指定位置写入旋转完成数值。
另外，为了提升数控机床的拓展性，附加轴设置数量至少包括一个。
本发明的工作原理为：通过CNC网络通讯拓展单元，使多种具有网络通讯功能的驱动电机通过TCP/IP连接数控机床，并为数控机床增加多个附加轴，通过CNC网络通讯拓展单元通过网络接口模块及RS485接口模块用于提升CNC网络通讯拓展单元与外部设备的连接，拓展连接多种可跨数控***平台。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。

Claims (6)

1.一种基于TCP/IP的数控机床通讯***，其特征在于，包括：
数控机床及用于控制数控机床运行的数控***；
位于所述数控***上的网络接口模块电信号连接有CNC网络通讯拓展单元上设置的网络接口模块；
其中，所述CNC网络通讯拓展单元还包括
与网络接口模块电连接的MCU，所述MCU还与RS485接口模块及DC-DC电性连接；
以及与MCU电连接的编码器接口模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、输出接口模块及输入接口模块，并通过所述编码器接口模块外接有编码器，通过所述模拟量输入模块外接有模拟量传感器，通过所述模拟量输出模块外接有模拟量控制相关设备，通过所述输出接口模块及输入接口模块外接有外部工业设备；
所述外接设备还通过Modbus协议连接CNC网络通讯拓展单元；
另外，所述网络接口模块通过TCP/IP协议与网络设备连接；
所述网络接口模块还与数控***上的网络接口模块连接；
所述数控***的网络接口模块通过CNC网络通讯拓展单元对附加轴进行数据的通讯采集；
所述数控***的网络接口模块用于控制数控机床所设置的网络设备，并进行数据的通讯采集。
2.根据权利要求1所述的一种基于TCP/IP的数控机床通讯***，其特征在于：所述数控***包括上的RS232接口及网络接口模块电信号连接的CPU单元、存储单元、PLC控制器、及其他单元部件。
3.根据权利要求2所述的一种基于TCP/IP的数控机床通讯***，其特征在于：所述编码器通过编码器接口模块将编码器产生的编码信号传输给数控机床。
4.根据权利要求1-3中任一种所述一种基于TCP/IP的数控机床通讯***的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:所述数控***执行写入的NC程序，通过将需要调用外接设备的指令数据存入存储单元，数控机床运行时，也会将数控机床运行状态的数据存入存储单元；
S2:数控机床工作时，CNC网络通讯拓展单元通过网络接口模块及网络接口访问存储单元，如果存储单元定义的专用数据存储处有新数据及指令更新，就会下载数据至CNC网络通讯拓展单元；
S3:CNC网络通讯拓展单元通过网络接口模块下载指令或数据后由MCU解析数据；
S4:经过MCU解析后，首先调用外接设备指令，MCU会把指令的内容对照相应接口发给指定外接设备或部件，随后调用CNC网络通讯拓展单元预制指令，CNC网络通讯拓展单元内部MCU会按照预制程序逻辑运行，通过RS232接口、模拟量输出模块、输出接口模块调用外部设备及部件。
S5:外部设备或部件完成指令动作后，或者需要反馈数据或信号时，会先通过CNC网络通讯拓展单元各种外部接口发送数据到CNC网络通讯拓展单元；
S6:MCU根据自身程序处理过反馈数据后，通过网络接口模块及网络接口写入反馈数据到存储单元。
S7:CPU单元根据存储单元数据的更新，来获得外部设备及部件的反馈数据或外部指令等。
5.根据权利要求4所述的一种基于TCP/IP的数控机床通讯***的工作方法，其特征在于：根据步骤S7，设定一台数控机床调用附加轴旋转方法：
a、数控***按照已经编程的加工NC程序执行G90；
b、CPU单元将指令数据G90写入到存储单元指定存放位置；
c、MCU通过网络接口模块及网络接口不停扫描存储单元固定位置，当存储单元指定存放角度数据位置从数值0°更新到90°后，CNC网络通讯拓展单元收到旋转指令；
d、MCU将数值90°按照规定格式编辑，并通过RS485接口模块以Modbus协议发送给外接设备及附加轴驱动器；
e、附加轴驱动器接受角度指令后，通过控制电机带动附加轴从0°旋转至90°；
f、附加轴驱动器完成旋转指令后，通过RS485接口模块向MCU反馈旋转完成信息；
g、MCU按照规定数据编码格式通过网络接口模块到网络接口向存储单元指定位置写入旋转完成数值。
6.根据权利要求5所述的一种基于TCP/IP的数控机床通讯***的工作方法，其特征在于：所述附加轴设置数量至少包括一个。
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