一體化項(xiàng)目教學(xué)法在數(shù)控機(jī)床通信技術(shù)教學(xué)中的運(yùn)用

【摘 要】以工作過(guò)程為向?qū)?，按?shù)控機(jī)床通信和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)開(kāi)展項(xiàng)目教學(xué)，項(xiàng)目由項(xiàng)目導(dǎo)入、相關(guān)知識(shí)、項(xiàng)目實(shí)施、拓展知識(shí)等組成。提出了一體化項(xiàng)目教學(xué)在《數(shù)控機(jī)床通信和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》教學(xué)中的應(yīng)用，分析了該項(xiàng)目教學(xué)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，強(qiáng)化了學(xué)生的職業(yè)能力。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控機(jī)床；通信和網(wǎng)絡(luò)；項(xiàng)目教學(xué)；技能訓(xùn)練；拓展知識(shí)

隨著自動(dòng)編程軟件在數(shù)控機(jī)床加工，特別是模具加工領(lǐng)域的普遍應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)具備了高可靠性、高速度的數(shù)據(jù)傳輸功能。數(shù)控機(jī)床通信和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是數(shù)控技術(shù)中專(zhuān)業(yè)性、技術(shù)性、實(shí)踐性極強(qiáng)的內(nèi)容，在學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床通信和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)過(guò)程中，采用模塊化教學(xué)法將對(duì)課程進(jìn)行重組，突出“實(shí)踐性、應(yīng)用性”的技能教學(xué)特點(diǎn)，在教學(xué)中采用“項(xiàng)目目標(biāo)——教師演示——指導(dǎo)練習(xí)——引導(dǎo)探索——獨(dú)立實(shí)踐——教師輔助”的教學(xué)模式，將數(shù)控機(jī)床通信和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)模塊式教學(xué)相關(guān)知識(shí)的技能性和實(shí)踐性顯現(xiàn)出來(lái)，提高學(xué)生對(duì)模塊相關(guān)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和把握能力。

1.數(shù)控機(jī)床通信和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

1.1 項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容

在《數(shù)控機(jī)床通信和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》教學(xué)中，根據(jù)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)，可分為三大教學(xué)功能課目：數(shù)控機(jī)床RS-232異步串行通信技術(shù)及傳輸軟件；數(shù)控機(jī)床存儲(chǔ)卡通信技術(shù)及在線加工；數(shù)控機(jī)床以太網(wǎng)遠(yuǎn)程通信技術(shù)及遠(yuǎn)程在線加工，同一課目中，可分成幾個(gè)子模塊。

“數(shù)控機(jī)床RS-232異步串行通信技術(shù)及傳輸軟件”模塊可分成幾大模塊。

1.2 項(xiàng)目教學(xué)目的

（1）了解數(shù)控機(jī)床通信和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)基本原理。

（2）掌握各種通信方式通信功能和特點(diǎn)。

（3）各種通信方式通信軟件使用及參數(shù)設(shè)定。

（4）掌握各種通信方式操作技術(shù)。

（5）掌握通信故障維修技術(shù)。

2.項(xiàng)目教學(xué)相關(guān)知識(shí)

數(shù)據(jù)通信：

（1）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成

數(shù)據(jù)通信是指在發(fā)送端將轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)，通過(guò)某種特定的介質(zhì)傳輸?shù)浇邮斩?，然后再還原這數(shù)據(jù)的過(guò)程。主要組成分為：信源、變換器、信道、反變換器、信宿。信源是信息發(fā)送端，信道是指信號(hào)的傳輸媒體及相關(guān)的設(shè)備，信宿是信息的接收端。信源將各種信息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，由變換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，通過(guò)信道傳到遠(yuǎn)端的接收端，經(jīng)過(guò)反變換器的轉(zhuǎn)換，復(fù)原成原始的電信號(hào)，再送給接收端的信宿，然后由信宿轉(zhuǎn)換成各種信息。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)分為模擬傳輸系統(tǒng)和數(shù)字傳輸系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床通信采用的是數(shù)字通信系統(tǒng)。

（2）數(shù)控機(jī)床通信的連接方式

在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)與數(shù)控設(shè)備之間的通信連接有3種方式：

1）點(diǎn)-點(diǎn)連接

計(jì)算機(jī)與一臺(tái)數(shù)控設(shè)備之間通過(guò)調(diào)制調(diào)器直接連接，適用于單臺(tái)數(shù)控設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間的通信。

2）分支連接

計(jì)算機(jī)與臺(tái)數(shù)控設(shè)備之間能過(guò)主線連接，其中計(jì)算機(jī)為控制站，對(duì)各臺(tái)數(shù)控設(shè)備進(jìn)行信息的發(fā)送與接收控制，計(jì)算機(jī)用選擇的方法向各臺(tái)數(shù)控設(shè)備發(fā)送信息，適用于分布式數(shù)控系統(tǒng)或群控系統(tǒng)。

3）集線式連接

在遠(yuǎn)距離通信時(shí)，可將各臺(tái)數(shù)控設(shè)備用集線器進(jìn)行集中，再用一頻帶較寬的線路與計(jì)算機(jī)連接，適用于計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。

（3）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的通信方式

在串行通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸是有方向性的，按傳輸?shù)姆较蛑蟹譃椋?/p>

1）單工通信

兩通信端之間的數(shù)據(jù)通信只能按一個(gè)方向傳遞。

2）半雙工通信

兩通信端之間可互傳信息，數(shù)控設(shè)備一般采用此方法，兩設(shè)備間都可以傳送或接收數(shù)據(jù)，但同一時(shí)間只能允許單一方向傳遞，適用于終間會(huì)話式通信。

（4）數(shù)據(jù)通信的傳輸方式

計(jì)算機(jī)與數(shù)控設(shè)備之間的通信主要采用并行或串行兩種通信方式。

1）并行數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)各位同時(shí)傳送，可以字進(jìn)行傳送，也可用用字節(jié)進(jìn)行傳送，并行傳送適用于近距離、高速的數(shù)據(jù)傳送，成本較高。

2）串行數(shù)據(jù)傳輸

串行數(shù)據(jù)傳輸是幫一條信號(hào)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，要將信號(hào)代碼按順序串行排列成數(shù)據(jù)流，逐位傳輸，串行通信適用于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信。

（5）數(shù)據(jù)通信協(xié)議

在數(shù)據(jù)通信過(guò)程中，計(jì)算機(jī)按一定的頻率各起始時(shí)間發(fā)出數(shù)據(jù)后，數(shù)控系統(tǒng)的接收裝置應(yīng)與計(jì)算機(jī)同步，也就是說(shuō)雙方按統(tǒng)一的通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。通信協(xié)議通常分為：異步通信協(xié)議和同步通信協(xié)議，異步通信協(xié)議比較簡(jiǎn)單，速度較慢；同步通信協(xié)議接口復(fù)雜，速度較高，在數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛。

（6）數(shù)據(jù)通信的傳輸媒體

數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿襟w是指數(shù)據(jù)通信中所使用的媒體，通信線路或物理通道。常用的數(shù)據(jù)媒體有：雙絞線、同軸電纜、光纜。

3.教學(xué)項(xiàng)目實(shí)施

3.1 數(shù)控機(jī)床RS-232異步串行通信技術(shù)及傳輸軟件

3.1.1 數(shù)控機(jī)床RS232異步串行通信功能

1）RS232異步串行通信數(shù)據(jù)格式

RS232串行通信發(fā)送方各接收方之間數(shù)據(jù)信息的傳輸是在單根數(shù)據(jù)線上完成的，每次以一個(gè)二進(jìn)制的0、1為最少單位進(jìn)行傳輸。上間PC機(jī)與數(shù)控機(jī)床中最簡(jiǎn)單最用的約定傳輸規(guī)程是異步通信通信協(xié)議，其特點(diǎn)雙方以一幀作為數(shù)據(jù)傳輸單位。每一幀從起始位開(kāi)始，后跟數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)，最后以停止位結(jié)束。通信格式是：1位起始位，7位數(shù)據(jù)位，1位奇偶位，2位停止位。

2）RS232通信接口及通信電纜

發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)SD為CNC的輸出信號(hào)。當(dāng)CNC滿足條件時(shí)，CNC系統(tǒng)向外界數(shù)據(jù)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。接收信號(hào)RD為CNC輸入信號(hào)民。池CNC和外界設(shè)備通信條件滿足時(shí)，外向CNC系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)。發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)RS為CNC的輸出信號(hào)。當(dāng)CNC開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)時(shí)該信號(hào)為ON，結(jié)束時(shí)該信號(hào)被設(shè)置為OFF。允許發(fā)送使能信號(hào)CS為CNC的輸入信號(hào)。當(dāng)該信號(hào)必DR信號(hào)同時(shí)設(shè)置為ON時(shí)，CNC可以傳送信號(hào)。檢查信號(hào)CD為CNC的輸入信號(hào)。不使用時(shí)該信號(hào)時(shí)，需要將CD和ER短接。信號(hào)屏蔽線SG是CNC信號(hào)地線。

圖1為RS232通信電纜接線圖。

圖1 RS232通信電纜接線圖

3）RS232數(shù)據(jù)傳輸軟件

目前用于計(jì)算機(jī)與數(shù)控設(shè)備的CNC之間通信的系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)軟件已較為完善，常用的有：V24＼AIC＼PCIN＼PCIO＼PCCS＼CIMCO＼計(jì)算機(jī)側(cè)超級(jí)終端程序等幾種。計(jì)算機(jī)側(cè)超級(jí)終端程序不需要計(jì)算機(jī)安裝任何專(zhuān)用傳輸軟件，操作更簡(jiǎn)單，更經(jīng)濟(jì)。選擇Windows操作系統(tǒng)中程序-附件-通訊-超級(jí)終端，并運(yùn)行就可進(jìn)行通信界面。

3.1.2 RS232異步通信參數(shù)設(shè)定及數(shù)據(jù)傳輸操作

機(jī)床側(cè)設(shè)置為：I/O=0 ISO=1 參數(shù)002BIT0=1 552=10

計(jì)算機(jī)側(cè)設(shè)置為：波特率（Baud Rate）為4800，數(shù)據(jù)位（Data bits）為7位，停止位（Stop Bits）為2位，流程控制（Flow Control）為Xon/Xoff，奇偶校驗(yàn)（Parity）為偶校驗(yàn)（Even）。

為防止在意外情況下的參數(shù)丟失，建議用戶在機(jī)床安裝調(diào)試完畢后及時(shí)使用計(jì)算機(jī)對(duì)NC參數(shù)進(jìn)行備份。進(jìn)行該工作可以使用任何一種串行通訊軟件，最常見(jiàn)的是Windows中的標(biāo)準(zhǔn)附件“超級(jí)終端”（Terminal）。具體作法如下：

將標(biāo)準(zhǔn)9針-25針串行電纜聯(lián)接在NC和計(jì)算機(jī)之間。機(jī)床上電。打開(kāi)Windows中的“附件”（Accessories）組，啟動(dòng)其中的“終端仿真”（Terminal）。

用工具欄中的“查找”查找出Terminal.exe文件，并打開(kāi)此文件。選“傳送”（Transfers）菜單，“接收文本文件”（Receive Text File），在文件名（File Name）一欄中指定文件名，并按OK。此時(shí)計(jì)算機(jī)已經(jīng)準(zhǔn)備好接收

在機(jī)床MDI鍵盤(pán)上按PARAM鍵轉(zhuǎn)到參數(shù)頁(yè)面，并將方式選擇開(kāi)關(guān)置于“程序編輯”位，按機(jī)床MDI鍵盤(pán)上的OUTPUT/START鍵，此時(shí)CRT右下角顯示閃爍的OUTPUT字樣。計(jì)算機(jī)“終端仿真”（Terminal）的窗口下方Bytes：一欄中顯示已經(jīng)接收到的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，表明傳送過(guò)程正在順利進(jìn)行。

機(jī)床CRT右下角閃爍顯示的OUTPUT字樣消失后說(shuō)明傳送完畢，按計(jì)算機(jī)“終端仿真”（Terminal）的窗口左下方的“停止”（Stop），整個(gè)傳送過(guò)程結(jié)束。

如果是希望將計(jì)算機(jī)內(nèi)的參數(shù)傳送至NC，然后按以下方法進(jìn)行，在機(jī)床MDI鍵盤(pán)上按PARAM鍵轉(zhuǎn)到參數(shù)頁(yè)面，在MDI方式下將參數(shù)PWE置“1”，然后將方式選擇開(kāi)關(guān)置于“程序編輯”位，重新將CRT畫(huà)面轉(zhuǎn)到參數(shù)頁(yè)面。按MDI鍵盤(pán)上的INPUT鍵，此時(shí)CRT右下角顯示閃爍的“標(biāo)頭SKP”字樣，說(shuō)明NC已經(jīng)準(zhǔn)備好接收。

選“傳送”（Transfers）菜單，“發(fā)送文本文件”（Send Text File），在文件名（File Name）一欄中指定參數(shù)文件的文件名，注意將選擇窗口右下角的兩個(gè)選擇框清除（變成空白），按OK。此時(shí)計(jì)算機(jī)“終端仿真”（Terminal）的窗口下方顯示的標(biāo)尺指示已傳送的數(shù)據(jù)量。機(jī)床NC的CRT右下角閃爍顯示的“標(biāo)頭SKP”字樣變?yōu)椤癐NPUT”，表明傳送過(guò)程正在順利進(jìn)行。計(jì)算機(jī)“終端仿真”（Terminal）的窗口下方顯示的標(biāo)尺填滿整個(gè)標(biāo)尺框，并最終消失后，說(shuō)明傳送完畢。

3.2 數(shù)控機(jī)床存儲(chǔ)卡通信技術(shù)

現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)都可以采用存儲(chǔ)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，與R-232數(shù)據(jù)傳輸相比操作更簡(jiǎn)單，更安全。

（1）數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)卡系列傳輸，在系統(tǒng)開(kāi)機(jī)下引導(dǎo)畫(huà)面BOOT SYSTEM進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸。此方法特別適用于系統(tǒng)死機(jī)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)備份或回裝，以及系統(tǒng)全部清除后全部數(shù)據(jù)的恢復(fù)。

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡分區(qū)傳輸是指在系統(tǒng)I/O設(shè)定通道進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸。通道可以在刀補(bǔ)/設(shè)定畫(huà)面中設(shè)定，存儲(chǔ)卡中的數(shù)據(jù)可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行查閱、編輯和修改。系統(tǒng)的宏程序或換刀程序受系統(tǒng)保護(hù)參數(shù)的限制。

（3）數(shù)控機(jī)床存儲(chǔ)卡加工程序的在線加工是以存儲(chǔ)介質(zhì)，通過(guò)系統(tǒng)單獨(dú)的通道，從存儲(chǔ)卡上直接讀取加工程序進(jìn)行加工。此方法不占系統(tǒng)內(nèi)存，而且具有程序傳輸速度高、加工精度高及可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，所以普遍應(yīng)用在模具加工領(lǐng)域。

3.3 數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程通信技術(shù)

3.3.1 通信網(wǎng)絡(luò)

隨著工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，單臺(tái)數(shù)控設(shè)備早已不能滿足需求，需要與其它設(shè)備和計(jì)算機(jī)一起通過(guò)工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)，以構(gòu)成FMS或CIMS。為了保證網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備能夠高速可靠地傳輸數(shù)據(jù)和程序，一般采用同步串行通信方式。在數(shù)控系統(tǒng)中設(shè)有專(zhuān)用的通信微機(jī)處理器的通信接口，完成網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)。

現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信以多種通信協(xié)議和模型為理論基礎(chǔ)，比較著名是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO提出的“開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型”O(jiān)SI各IEEE802局域網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)協(xié)議。近年來(lái)制造自動(dòng)化協(xié)議（MAP）已成為了用于工廠自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，F(xiàn)ANUC＼SIEMENS＼AB等公司支持MAP，并在它們生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)中配置了MAP的網(wǎng)絡(luò)接口，以滿足CIMS的通信要求。

3.3.2 遠(yuǎn)程通信在線加工設(shè)定、操作

在線加工設(shè)定網(wǎng)絡(luò)通信的I/O通道選擇，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定使DNC功能生效。系統(tǒng)IP地址設(shè)定，數(shù)據(jù)服務(wù)器的IP設(shè)定，計(jì)算機(jī)側(cè)以及計(jì)算機(jī)側(cè)軟件的IP設(shè)定。

遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)在線加工是系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)線將遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)的加工程序存儲(chǔ)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器存儲(chǔ)卡中，然后機(jī)床運(yùn)行存儲(chǔ)卡中的程序進(jìn)行加工的操作過(guò)程。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)的操作；加工程序在線運(yùn)行的操作：一種是直接運(yùn)行系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)到時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器的加工程序，另一種是通過(guò)加工主程序調(diào)用外設(shè)的子程序。

4.總結(jié)

項(xiàng)目教學(xué)中，以工作過(guò)程為向?qū)?，以?shù)控機(jī)床通信和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)開(kāi)展開(kāi)項(xiàng)目教學(xué)，項(xiàng)目教學(xué)由項(xiàng)目的引入、相關(guān)知識(shí)、項(xiàng)目實(shí)施，拓開(kāi)知識(shí)5部分組成，明確了項(xiàng)目目標(biāo)，學(xué)習(xí)目標(biāo)是圍繞技能訓(xùn)練項(xiàng)目進(jìn)行，在數(shù)控機(jī)床通信和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)上，遵循“適用、應(yīng)用”的原則，學(xué)生通過(guò)實(shí)訓(xùn)過(guò)程去學(xué)習(xí)和掌握數(shù)控機(jī)床通信和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)數(shù)控加工中的應(yīng)用技術(shù)。總之，項(xiàng)目教學(xué)法充分體現(xiàn)了職業(yè)院校教育的特色，教學(xué)保證了技能訓(xùn)練的有效性和針對(duì)性，極大地促進(jìn)了學(xué)生的創(chuàng)新精神和綜合能力的培養(yǎng)與提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]周虹.數(shù)控機(jī)床操作[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[2]朱文藝.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修[M].北京：科學(xué)出版社，2005.

[3]劉永久.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[4]蔣洪平.數(shù)控設(shè)備故障診斷與維修[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2006.

作者簡(jiǎn)介：蔣國(guó)生（1965—），男，永州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系副教授，研究方向：數(shù)控加工技術(shù)、CAD/CAM。