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【摘 要】以工作过程为向导，按数控机床通信和网络控制技术开展项目教学，项目由项目导入、相关知识、项目实施、拓展知识等组成。提出了一体化项目教学在《数控机床通信和网络控制技术》教学中的应用，分析了该项目教学相关知识点，强化了学生的职业能力。
【关键词】数控机床；通信和网络；项目教学；技能训练；拓展知识
随着自动编程软件在数控机床加工，特别是模具加工领域的普遍应用，数控系统具备了高可靠性、高速度的数据传输功能。数控机床通信和网络控制技术是数控技术中专业性、技术性、实践性极强的内容，在学习数控机床通信和网络控制技术过程中，采用模块化教学法将对课程进行重组，突出“实践性、应用性”的技能教学特点，在教学中采用“项目目标——教师演示——指导练习——引导探索——独立实践——教师辅助”的教学模式，将数控机床通信和网络控制技术模块式教学相关知识的技能性和实践性显现出来，提高学生对模块相关知识的认识和把握能力。
1.数控机床通信和网络控制技术
1.1 项目教学内容
在《数控机床通信和网络控制技术》教学中，根据学生培养目标，可分为三大教学功能课目：数控机床RS-232异步串行通信技术及传输软件；数控机床存储卡通信技术及在线加工；数控机床以太网远程通信技术及远程在线加工，同一课目中，可分成几个子模块。
“数控机床RS-232异步串行通信技术及传输软件”模块可分成几大模块。
1.2 项目教学目的
（1）了解数控机床通信和网络控制技术基本原理。
（2）掌握各种通信方式通信功能和特点。
（3）各种通信方式通信软件使用及参数设定。
（4）掌握各种通信方式操作技术。
（5）掌握通信故障维修技术。
2.项目教学相关知识
数据通信：
（1）数据通信系统的组成
数据通信是指在发送端将转换成数字信号或模拟信号，通过某种特定的介质传输到接收端，然后再还原这数据的过程。主要组成分为：信源、变换器、信道、反变换器、信宿。信源是信息发送端，信道是指信号的传输媒体及相关的设备，信宿是信息的接收端。信源将各种信息转换成原始电信号，由变换器进行转换后，通过信道传到远端的接收端，经过反变换器的转换，复原成原始的电信号，再送给接收端的信宿，然后由信宿转换成各种信息。数据通信系统分为模拟传输系统和数字传输系统，数控机床通信采用的是数字通信系统。
（2）数控机床通信的连接方式
在数据通信系统中，计算机与数控设备之间的通信连接有3种方式：
1）点-点连接
计算机与一台数控设备之间通过调制调器直接连接，适用于单台数控设备与计算机之间的通信。
2）分支连接
计算机与台数控设备之间能过主线连接，其中计算机为控制站，对各台数控设备进行信息的发送与接收控制，计算机用选择的方法向各台数控设备发送信息，适用于分布式数控系统或群控系统。
3）集线式连接
在远距离通信时，可将各台数控设备用集线器进行集中，再用一频带较宽的线路与计算机连接，适用于计算机集成制造系统。
（3）数据通信系统的通信方式
在串行通信系统中，数据传输是有方向性的，按传输的方向中分为：
1）单工通信
两通信端之间的数据通信只能按一个方向传递。
2）半双工通信
两通信端之间可互传信息，数控设备一般采用此方法，两设备间都可以传送或接收数据，但同一时间只能允许单一方向传递，适用于终间会话式通信。
（4）数据通信的传输方式
计算机与数控设备之间的通信主要采用并行或串行两种通信方式。
1）并行数据传输
数据各位同时传送，可以字进行传送，也可用用字节进行传送，并行传送适用于近距离、高速的数据传送，成本较高。
2）串行数据传输
串行数据传输是帮一条信号线进行数据传输，要将信号代码按顺序串行排列成数据流，逐位传输，串行通信适用于远距离数据通信。
（5）数据通信协议
在数据通信过程中，计算机按一定的频率各起始时间发出数据后，数控系统的接收装置应与计算机同步，也就是说双方按统一的通信协议进行数据通信。通信协议通常分为：异步通信协议和同步通信协议，异步通信协议比较简单，速度较慢；同步通信协议接口复杂，速度较高，在数控系统中应用较为广泛。
（6）数据通信的传输媒体
数据传输的媒体是指数据通信中所使用的媒体，通信线路或物理通道。常用的数据媒体有：双绞线、同轴电缆、光缆。
3.教学项目实施
3.1 数控机床RS-232异步串行通信技术及传输软件
3.1.1 数控机床RS232异步串行通信功能
1）RS232异步串行通信数据格式
RS232串行通信发送方各接收方之间数据信息的传输是在单根数据线上完成的，每次以一个二进制的0、1为最少单位进行传输。上间PC机与数控机床中最简单最用的约定传输规程是异步通信通信协议，其特点双方以一帧作为数据传输单位。每一帧从起始位开始，后跟数据位、奇偶校验，最后以停止位结束。通信格式是：1位起始位，7位数据位，1位奇偶位，2位停止位。
2）RS232通信接口及通信电缆
发送数据信号SD为CNC的输出信号。当CNC满足条件时，CNC系统向外界数据设备传输数据。接收信号RD为CNC输入信号民。池CNC和外界设备通信条件满足时，外向CNC系统传输数据。发送请求信号RS为CNC的输出信号。当CNC开始传送数据时该信号为ON，结束时该信号被设置为OFF。允许发送使能信号CS为CNC的输入信号。当该信号必DR信号同时设置为ON时，CNC可以传送信号。检查信号CD为CNC的输入信号。不使用时该信号时，需要将CD和ER短接。信号屏蔽线SG是CNC信号地线。 图1为RS232通信电缆接线图。
图1 RS232通信电缆接线图
3）RS232数据传输软件
目前用于计算机与数控设备的CNC之间通信的系统软件和数据软件已较为完善，常用的有：V24＼AIC＼PCIN＼PCIO＼PCCS＼CIMCO＼计算机侧超级终端程序等几种。计算机侧超级终端程序不需要计算机安装任何专用传输软件，操作更简单，更经济。选择Windows操作系统中程序-附件-通讯-超级终端，并运行就可进行通信界面。
3.1.2 RS232异步通信参数设定及数据传输操作
机床侧设置为：I/O=0 ISO=1 参数002BIT0=1 552=10
计算机侧设置为：波特率（Baud Rate）为4800，数据位（Data bits）为7位，停止位（Stop Bits）为2位，流程控制（Flow Control）为Xon/Xoff，奇偶校验（Parity）为偶校验（Even）。
为防止在意外情况下的参数丢失，建议用户在机床安装调试完毕后及时使用计算机对NC参数进行备份。进行该工作可以使用任何一种串行通讯软件，最常见的是Windows中的标准附件“超级终端”（Terminal）。具体作法如下：
将标准9针-25针串行电缆联接在NC和计算机之间。机床上电。打开Windows中的“附件”（Accessories）组，启动其中的“终端仿真”（Terminal）。
用工具栏中的“查找”查找出Terminal.exe文件，并打开此文件。选“传送”（Transfers）菜单，“接收文本文件”（Receive Text File），在文件名（File Name）一栏中指定文件名，并按OK。此时计算机已经准备好接收
在机床MDI键盘上按PARAM键转到参数页面，并将方式选择开关置于“程序编辑”位，按机床MDI键盘上的OUTPUT/START键，此时CRT右下角显示闪烁的OUTPUT字样。计算机“终端仿真”（Terminal）的窗口下方Bytes：一栏中显示已经接收到的数据的字节数，表明传送过程正在顺利进行。
机床CRT右下角闪烁显示的OUTPUT字样消失后说明传送完毕，按计算机“终端仿真”（Terminal）的窗口左下方的“停止”（Stop），整个传送过程结束。
如果是希望将计算机内的参数传送至NC，然后按以下方法进行，在机床MDI键盘上按PARAM键转到参数页面，在MDI方式下将参数PWE置“1”，然后将方式选择开关置于“程序编辑”位，重新将CRT画面转到参数页面。按MDI键盘上的INPUT键，此时CRT右下角显示闪烁的“标头SKP”字样，说明NC已经准备好接收。
选“传送”（Transfers）菜单，“发送文本文件”（Send Text File），在文件名（File Name）一栏中指定参数文件的文件名，注意将选择窗口右下角的两个选择框清除（变成空白），按OK。此时计算机“终端仿真”（Terminal）的窗口下方显示的标尺指示已传送的数据量。机床NC的CRT右下角闪烁显示的“标头SKP”字样变为“INPUT”，表明传送过程正在顺利进行。计算机“终端仿真”（Terminal）的窗口下方显示的标尺填满整个标尺框，并最终消失后，说明传送完毕。
3.2 数控机床存储卡通信技术
现代数控系统都可以采用存储卡进行数据传输，与R-232数据传输相比操作更简单，更安全。
（1）数控机床数据的存储卡系列传输，在系统开机下引导画面BOOT SYSTEM进行的数据传输。此方法特别适用于系统死机状态下的数据备份或回装，以及系统全部清除后全部数据的恢复。
（2）数据存储卡分区传输是指在系统I/O设定通道进行的数据传输。通道可以在刀补/设定画面中设定，存储卡中的数据可以在计算机上进行查阅、编辑和修改。系统的宏程序或换刀程序受系统保护参数的限制。
（3）数控机床存储卡加工程序的在线加工是以存储介质，通过系统单独的通道，从存储卡上直接读取加工程序进行加工。此方法不占系统内存，而且具有程序传输速度高、加工精度高及可靠性高的优点，所以普遍应用在模具加工领域。
3.3 数控机床网络远程通信技术
3.3.1 通信网络
随着工业生产自动化技术的发展，单台数控设备早已不能满足需求，需要与其它设备和计算机一起通过工业局部网络联网，以构成FMS或CIMS。为了保证网络中的设备能够高速可靠地传输数据和程序，一般采用同步串行通信方式。在数控系统中设有专用的通信微机处理器的通信接口，完成网络通信业务。
现代网络通信以多种通信协议和模型为理论基础，比较著名是由国际标准化组织ISO提出的“开放系统互联参考模型”OSI各IEEE802局域网络的有关协议。近年来制造自动化协议（MAP）已成为了用于工厂自动化的标准工业网络协议，FANUC＼SIEMENS＼AB等公司支持MAP，并在它们生产的数控系统中配置了MAP的网络接口，以满足CIMS的通信要求。
3.3.2 远程通信在线加工设定、操作
在线加工设定网络通信的I/O通道选择，系统参数设定使DNC功能生效。系统IP地址设定，数据服务器的IP设定，计算机侧以及计算机侧软件的IP设定。
远程网络在线加工是系统通过网线将远端计算机的加工程序存储在系统数据服务器存储卡中，然后机床运行存储卡中的程序进行加工的操作过程。远程计算机程序存储的操作；加工程序在线运行的操作：一种是直接运行系统通过计算机存储到时数据服务器的加工程序，另一种是通过加工主程序调用外设的子程序。
4.总结
项目教学中，以工作过程为向导，以数控机床通信和网络控制技术开展开项目教学，项目教学由项目的引入、相关知识、项目实施，拓开知识5部分组成，明确了项目目标，学习目标是围绕技能训练项目进行，在数控机床通信和网络控制技术教学项目设计上，遵循“适用、应用”的原则，学生通过实训过程去学习和掌握数控机床通信和网络控制技术数控加工中的应用技术。总之，项目教学法充分体现了职业院校教育的特色，教学保证了技能训练的有效性和针对性，极大地促进了学生的创新精神和综合能力的培养与提高。
参考文献：
[1]周虹.数控机床操作[M].北京：人民邮电出版社，2009.
[2]朱文艺.数控机床故障诊断与维修[M].北京：科学出版社，2005.
[3]刘永久.数控机床故障诊断与维修[M].北京：机械工业出版社，2009.
[4]蒋洪平.数控设备故障诊断与维修[M].北京：北京理工大学出版社，2006.
作者简介：蒋国生（1965—），男，永州职业技术学院机械工程系副教授，研究方向：数控加工技术、CAD/CAM。
【关键词】数控机床；通信和网络；项目教学；技能训练；拓展知识
随着自动编程软件在数控机床加工，特别是模具加工领域的普遍应用，数控系统具备了高可靠性、高速度的数据传输功能。数控机床通信和网络控制技术是数控技术中专业性、技术性、实践性极强的内容，在学习数控机床通信和网络控制技术过程中，采用模块化教学法将对课程进行重组，突出“实践性、应用性”的技能教学特点，在教学中采用“项目目标——教师演示——指导练习——引导探索——独立实践——教师辅助”的教学模式，将数控机床通信和网络控制技术模块式教学相关知识的技能性和实践性显现出来，提高学生对模块相关知识的认识和把握能力。
1.数控机床通信和网络控制技术
1.1 项目教学内容
在《数控机床通信和网络控制技术》教学中，根据学生培养目标，可分为三大教学功能课目：数控机床RS-232异步串行通信技术及传输软件；数控机床存储卡通信技术及在线加工；数控机床以太网远程通信技术及远程在线加工，同一课目中，可分成几个子模块。
“数控机床RS-232异步串行通信技术及传输软件”模块可分成几大模块。
1.2 项目教学目的
（1）了解数控机床通信和网络控制技术基本原理。
（2）掌握各种通信方式通信功能和特点。
（3）各种通信方式通信软件使用及参数设定。
（4）掌握各种通信方式操作技术。
（5）掌握通信故障维修技术。
2.项目教学相关知识
数据通信：
（1）数据通信系统的组成
数据通信是指在发送端将转换成数字信号或模拟信号，通过某种特定的介质传输到接收端，然后再还原这数据的过程。主要组成分为：信源、变换器、信道、反变换器、信宿。信源是信息发送端，信道是指信号的传输媒体及相关的设备，信宿是信息的接收端。信源将各种信息转换成原始电信号，由变换器进行转换后，通过信道传到远端的接收端，经过反变换器的转换，复原成原始的电信号，再送给接收端的信宿，然后由信宿转换成各种信息。数据通信系统分为模拟传输系统和数字传输系统，数控机床通信采用的是数字通信系统。
（2）数控机床通信的连接方式
在数据通信系统中，计算机与数控设备之间的通信连接有3种方式：
1）点-点连接
计算机与一台数控设备之间通过调制调器直接连接，适用于单台数控设备与计算机之间的通信。
2）分支连接
计算机与台数控设备之间能过主线连接，其中计算机为控制站，对各台数控设备进行信息的发送与接收控制，计算机用选择的方法向各台数控设备发送信息，适用于分布式数控系统或群控系统。
3）集线式连接
在远距离通信时，可将各台数控设备用集线器进行集中，再用一频带较宽的线路与计算机连接，适用于计算机集成制造系统。
（3）数据通信系统的通信方式
在串行通信系统中，数据传输是有方向性的，按传输的方向中分为：
1）单工通信
两通信端之间的数据通信只能按一个方向传递。
2）半双工通信
两通信端之间可互传信息，数控设备一般采用此方法，两设备间都可以传送或接收数据，但同一时间只能允许单一方向传递，适用于终间会话式通信。
（4）数据通信的传输方式
计算机与数控设备之间的通信主要采用并行或串行两种通信方式。
1）并行数据传输
数据各位同时传送，可以字进行传送，也可用用字节进行传送，并行传送适用于近距离、高速的数据传送，成本较高。
2）串行数据传输
串行数据传输是帮一条信号线进行数据传输，要将信号代码按顺序串行排列成数据流，逐位传输，串行通信适用于远距离数据通信。
（5）数据通信协议
在数据通信过程中，计算机按一定的频率各起始时间发出数据后，数控系统的接收装置应与计算机同步，也就是说双方按统一的通信协议进行数据通信。通信协议通常分为：异步通信协议和同步通信协议，异步通信协议比较简单，速度较慢；同步通信协议接口复杂，速度较高，在数控系统中应用较为广泛。
（6）数据通信的传输媒体
数据传输的媒体是指数据通信中所使用的媒体，通信线路或物理通道。常用的数据媒体有：双绞线、同轴电缆、光缆。
3.教学项目实施
3.1 数控机床RS-232异步串行通信技术及传输软件
3.1.1 数控机床RS232异步串行通信功能
1）RS232异步串行通信数据格式
RS232串行通信发送方各接收方之间数据信息的传输是在单根数据线上完成的，每次以一个二进制的0、1为最少单位进行传输。上间PC机与数控机床中最简单最用的约定传输规程是异步通信通信协议，其特点双方以一帧作为数据传输单位。每一帧从起始位开始，后跟数据位、奇偶校验，最后以停止位结束。通信格式是：1位起始位，7位数据位，1位奇偶位，2位停止位。
2）RS232通信接口及通信电缆
发送数据信号SD为CNC的输出信号。当CNC满足条件时，CNC系统向外界数据设备传输数据。接收信号RD为CNC输入信号民。池CNC和外界设备通信条件满足时，外向CNC系统传输数据。发送请求信号RS为CNC的输出信号。当CNC开始传送数据时该信号为ON，结束时该信号被设置为OFF。允许发送使能信号CS为CNC的输入信号。当该信号必DR信号同时设置为ON时，CNC可以传送信号。检查信号CD为CNC的输入信号。不使用时该信号时，需要将CD和ER短接。信号屏蔽线SG是CNC信号地线。 图1为RS232通信电缆接线图。
图1 RS232通信电缆接线图
3）RS232数据传输软件
目前用于计算机与数控设备的CNC之间通信的系统软件和数据软件已较为完善，常用的有：V24＼AIC＼PCIN＼PCIO＼PCCS＼CIMCO＼计算机侧超级终端程序等几种。计算机侧超级终端程序不需要计算机安装任何专用传输软件，操作更简单，更经济。选择Windows操作系统中程序-附件-通讯-超级终端，并运行就可进行通信界面。
3.1.2 RS232异步通信参数设定及数据传输操作
机床侧设置为：I/O=0 ISO=1 参数002BIT0=1 552=10
计算机侧设置为：波特率（Baud Rate）为4800，数据位（Data bits）为7位，停止位（Stop Bits）为2位，流程控制（Flow Control）为Xon/Xoff，奇偶校验（Parity）为偶校验（Even）。
为防止在意外情况下的参数丢失，建议用户在机床安装调试完毕后及时使用计算机对NC参数进行备份。进行该工作可以使用任何一种串行通讯软件，最常见的是Windows中的标准附件“超级终端”（Terminal）。具体作法如下：
将标准9针-25针串行电缆联接在NC和计算机之间。机床上电。打开Windows中的“附件”（Accessories）组，启动其中的“终端仿真”（Terminal）。
用工具栏中的“查找”查找出Terminal.exe文件，并打开此文件。选“传送”（Transfers）菜单，“接收文本文件”（Receive Text File），在文件名（File Name）一栏中指定文件名，并按OK。此时计算机已经准备好接收
在机床MDI键盘上按PARAM键转到参数页面，并将方式选择开关置于“程序编辑”位，按机床MDI键盘上的OUTPUT/START键，此时CRT右下角显示闪烁的OUTPUT字样。计算机“终端仿真”（Terminal）的窗口下方Bytes：一栏中显示已经接收到的数据的字节数，表明传送过程正在顺利进行。
机床CRT右下角闪烁显示的OUTPUT字样消失后说明传送完毕，按计算机“终端仿真”（Terminal）的窗口左下方的“停止”（Stop），整个传送过程结束。
如果是希望将计算机内的参数传送至NC，然后按以下方法进行，在机床MDI键盘上按PARAM键转到参数页面，在MDI方式下将参数PWE置“1”，然后将方式选择开关置于“程序编辑”位，重新将CRT画面转到参数页面。按MDI键盘上的INPUT键，此时CRT右下角显示闪烁的“标头SKP”字样，说明NC已经准备好接收。
选“传送”（Transfers）菜单，“发送文本文件”（Send Text File），在文件名（File Name）一栏中指定参数文件的文件名，注意将选择窗口右下角的两个选择框清除（变成空白），按OK。此时计算机“终端仿真”（Terminal）的窗口下方显示的标尺指示已传送的数据量。机床NC的CRT右下角闪烁显示的“标头SKP”字样变为“INPUT”，表明传送过程正在顺利进行。计算机“终端仿真”（Terminal）的窗口下方显示的标尺填满整个标尺框，并最终消失后，说明传送完毕。
3.2 数控机床存储卡通信技术
现代数控系统都可以采用存储卡进行数据传输，与R-232数据传输相比操作更简单，更安全。
（1）数控机床数据的存储卡系列传输，在系统开机下引导画面BOOT SYSTEM进行的数据传输。此方法特别适用于系统死机状态下的数据备份或回装，以及系统全部清除后全部数据的恢复。
（2）数据存储卡分区传输是指在系统I/O设定通道进行的数据传输。通道可以在刀补/设定画面中设定，存储卡中的数据可以在计算机上进行查阅、编辑和修改。系统的宏程序或换刀程序受系统保护参数的限制。
（3）数控机床存储卡加工程序的在线加工是以存储介质，通过系统单独的通道，从存储卡上直接读取加工程序进行加工。此方法不占系统内存，而且具有程序传输速度高、加工精度高及可靠性高的优点，所以普遍应用在模具加工领域。
3.3 数控机床网络远程通信技术
3.3.1 通信网络
随着工业生产自动化技术的发展，单台数控设备早已不能满足需求，需要与其它设备和计算机一起通过工业局部网络联网，以构成FMS或CIMS。为了保证网络中的设备能够高速可靠地传输数据和程序，一般采用同步串行通信方式。在数控系统中设有专用的通信微机处理器的通信接口，完成网络通信业务。
现代网络通信以多种通信协议和模型为理论基础，比较著名是由国际标准化组织ISO提出的“开放系统互联参考模型”OSI各IEEE802局域网络的有关协议。近年来制造自动化协议（MAP）已成为了用于工厂自动化的标准工业网络协议，FANUC＼SIEMENS＼AB等公司支持MAP，并在它们生产的数控系统中配置了MAP的网络接口，以满足CIMS的通信要求。
3.3.2 远程通信在线加工设定、操作
在线加工设定网络通信的I/O通道选择，系统参数设定使DNC功能生效。系统IP地址设定，数据服务器的IP设定，计算机侧以及计算机侧软件的IP设定。
远程网络在线加工是系统通过网线将远端计算机的加工程序存储在系统数据服务器存储卡中，然后机床运行存储卡中的程序进行加工的操作过程。远程计算机程序存储的操作；加工程序在线运行的操作：一种是直接运行系统通过计算机存储到时数据服务器的加工程序，另一种是通过加工主程序调用外设的子程序。
4.总结
项目教学中，以工作过程为向导，以数控机床通信和网络控制技术开展开项目教学，项目教学由项目的引入、相关知识、项目实施，拓开知识5部分组成，明确了项目目标，学习目标是围绕技能训练项目进行，在数控机床通信和网络控制技术教学项目设计上，遵循“适用、应用”的原则，学生通过实训过程去学习和掌握数控机床通信和网络控制技术数控加工中的应用技术。总之，项目教学法充分体现了职业院校教育的特色，教学保证了技能训练的有效性和针对性，极大地促进了学生的创新精神和综合能力的培养与提高。
参考文献：
[1]周虹.数控机床操作[M].北京：人民邮电出版社，2009.
[2]朱文艺.数控机床故障诊断与维修[M].北京：科学出版社，2005.
[3]刘永久.数控机床故障诊断与维修[M].北京：机械工业出版社，2009.
[4]蒋洪平.数控设备故障诊断与维修[M].北京：北京理工大学出版社，2006.
作者简介：蒋国生（1965—），男，永州职业技术学院机械工程系副教授，研究方向：数控加工技术、CAD/CAM。