BEZPOŚREDNIE I ROZPROSZONE STEROWANIE NUMERYCZNE DNC

Pierwsze

próby

zastosowania

sterowania

urządzeniami

technologicznymi poprzez komputer zewnętrzny zanotowano na przełomie
lat  1967/68  w  USA  i  Japonii.  Miały  one  na  celu  umożliwienie
bezpośredniego  sterowania  grupą  maszyn  technologicznych,  stąd  też
takiemu  sterowaniu  nadano  nazwę  bezpośrednie  sterowanie  numeryczne
DNC  (ang.  Direct  Numerical  Control).  Technika  DNC  rozszerzyła  funkcje
układów  NC/CNC  o  funkcje  komunikacyjne,  pozwalając  na  prowadzenie  z
nimi  bezpośredniej  komunikacji  poprzez  oprogramowane  łącze  DNC.  W
roku 1972 ukazały się w Niemczech wytyczne VDI 3424 normujące pojęcia,
oznaczenia  i  słownictwo  stosowane  w  technice  DNC,  stanowiąc  jedną  z
pierwszych  formalnych  definicji  techniki  DNC.  W  roku  1978  wytyczne
VDI3424  zostały  rozszerzone  o  definicje  podstawowych  i  dodatkowych
funkcji DNC.

W systemach sterowania DNC pierwszej generacji komputer

zewnętrzny  sterował  zdalnie  pracą  obrabiarek  na  zasadzie  przesyłania
niezbędnych  danych  w  czasie  rzeczywistym,  w  trakcie  wykonywania
zadanych  zabiegów  technologicznych.  W  przypadku  obrabiarek  z  tzw.
kadłubowymi  układami  sterowania  numerycznego  (tzn.  obrabiarek  z
układami  sterującymi  jedynie  pracą  serwonapędów  i  czynnościami
pomocniczymi)  komputer  zewnętrzny  przejmował  funkcje  sterujące,
stanowiąc rodzaj zewnętrznego układu sterowania obrabiarki. W tym celu
musiał  być  opracowany  specjalny  typ  interfejsu  tzw.  interfejs  DNC
umożliwiający  albo  przesyłanie  sygnałów  umożliwiających  sterowanie
silnikami

serwomechanizmów,

albo

symulującymi

czytnik

taśmy

perforowanej tzw. interfejs BTR (behind tape reader). Pierwotna
koncepcja sterowania DNC została jednak szybko zweryfikowana przez
rynek.

Systemy realizujące połączenia układów sterowania z centralnym

komputerem  DNC  poprzez  łącza  DNC  dające  możliwość  centralnego  rozdziału
programów  obróbki  określane  są  jako  systemy  DNC  drugiej  generacji  Ich
koncepcja  oparta  jest  na  założeniu,  że  przyłączane  maszyny  technologiczne,
albo

mają

komputerowe

sterowania

CNC

własną

pamięcią

przechowywania  programów  technologicznych,  albo  są  to  starsze,  klasyczne
sterowania  numeryczne  NC  bez  własnej  pamięci.  Wówczas  proste  interfejsy
DNC  umożliwiające  komunikacje  pomiędzy  komputerem  DNC,  a  sterowaniem
NC danej maszyny technologicznej są zastępowane inteligentnymi terminalami
DNC. W przypadku obrabiarek ze sterowaniem komputerowym CNC z pamięcią
komputer

DNC

jest

jeszcze

mniej

obciążany,

ponieważ

programy

technologiczne mogą być przechowywane w pamięci.

Systemy te umożliwiają one dystrybucję programów obróbki oraz

śledzenie stanu maszyn a graficzne terminale pozwalają na wyświetlanie
rysunków  technicznych  CAD,  zdjęć  i  filmów  demonstrujących  sposób
mocowania  obrabianych  przedmiotów.  Wygodę  zapewniają  także
wbudowane edytory programów obróbki oraz bogate funkcje zarządzania
tymi  programami.  Bardzo  ważną  funkcją  sterowania  DNC  jest  zbieranie
danych  produkcyjnych  eksploatacyjnych.  Dane  produkcyjne  o  liczbie
wykonanych  przedmiotów,  czasie  ich  wykonania,  liczbie  braków  itp.  są
niezwykle  ważną  informacją  dla  zarządzania  produkcją.  Równie  ważną
funkcja  jest  zbieranie  danych  eksploatacyjnych,  dotyczących  zwłaszcza
stanu  narzędzia  skrawającego,  awarii  maszyn  technologicznych  itp.
Statystyczne  opracowanie  tych  danych  w  komputerze  DNC  pozwala  nie
tylko na prawidłową gospodarkę remontową, ale także na przewidywanie
określonych  stanów  awaryjnych.  Ta  funkcja  sterowania  DNC  służy  także
do

diagnozowania

aktualnego

stanu

technicznego

systemu

technologicznego.

Obecna

koncepcja

sterowania

DNC

(trzeciej

generacji)

jes

interpretowana  w  języku  polskim  jako  rozproszone  sterowanie  numeryczne
(ang.  Distributed  Numerical  Control)  i  charakteryzuje  się  decentralizacją
sterowania poprzez przeniesienie funkcji sterujących z centralnego komputera
DNC  na  tzw.  terminale  DNC.  Terminal  DNC  z  pamięcią  umożliwia  odciążenie
komputera  DNC  w  taki  sposób,  że  cały  program  technologiczny  zostaje
jednorazowo  przesłany  z  komputera  do  terminala  DNC.  Operator  maszyny
technologicznej może korzystać z terminali DNC na przykład w celu weryfikacji
wolnej  pamięci  komputera  lub  przywołania  i  skopiowania  kolejnych
programów  technologicznych  pamięci  komputera  DNC  do  pamięci  terminala
DNC w trakcie wykonywania bieżącego procesu technologicznego, może także
realizować inne funkcje wynikające ze stosowania sterowania DNC.

Numeryczne

programy

sterujące

opisujące

przebieg

obróbki

"rozprowadzane"  są  do  pamięci  układów  sterowania  poprzez  łącza  DNC
lub ProfiBus (lub też są wywoływane z pamięci układu sterowania) przed
rozpoczęciem  obróbki.  Poza  zarządzaniem  i  rozdziałem  programów
obróbki komputer zewnętrzny, korzystając z biblioteki funkcji DNC, może
uruchomić  zadany  program  numeryczny  oraz  sprawować  kontrolę  nad
prawidłowością jego wykonania.

Pojawienie się systemów sterowania DNC pozwoliło na zrealizowanie

koncepcji zdalnego sterowania przemysłowymi urządzeniami technologicznymi
w trybie zdalnym, tzw. "Remote DNC". Obecnie typowa biblioteka funkcji DNC
układów  sterowania  obejmuje  najczęściej  funkcje  zarządzające  programami
numerycznymi  znajdującymi  się  w  pamięci  układu  sterowania,  zapis  i  odczyt
programów  numerycznych,  danych  korekcyjnych  i  danych  maszynowych,
przygotowanie  urządzenia  technologicznego  do  pracy  (np.  zjazd  na  punkty
referencyjne,  bazowe),  wybranie  konkretnego  programu  numerycznego  z
pamięci  układu  sterowania,  uruchomienie  urządzenia,  zatrzymanie  pracy
urządzenia oraz funkcje diagnostyczne, jak np. odczytanie aktualnego statusu
urządzenia.

Operator maszyny z układem DNC może m. in.:

–

wyświetlić

komputerze

systemu

obróbkowego

dokumentację

technologiczną otrzymaną z systemów nadrzędnych, łącznie z poleceniem
produkcyjnym,

–

dokonać emisji niezbędnej dokumentacji technologicznej na urządzeniach
peryferyjnych podłączonych do komputera systemu obróbkowego.

–

Ponadto operator ma do dyspozycji dodatkowe funkcje osiągalne w trybie
DNC; ich zakres jest zależny od konkretnego układu sterowania, nie mniej
jednak część z nich ma charakter funkcji standardowych dla trybu DNC,
np.:

–

transmisja programu obróbki z komputera systemu do układu sterowania
obrabiarki i odwrotnie,

–

odczytanie aktualnego statusu urządzenia DNC,

–

pozycjonowanie maszyny/zjazd na punkty referencyjne,

–

odczytanie danych maszynowych i zawartości korektorów,

–

odczytanie katalogu programów NC zawartych w pamięci układu
sterowania,

–

wybór i uruchomienie konkretnego programu obróbkowego,

–

zatrzymanie pracy urządzenia,

–

inne funkcje charakterystyczne dla danego układu sterowania.

Operator maszyny z układem DNC może m. in.:



wyświetlić

komputerze

systemu

obróbkowego

dokumentację

technologiczną otrzymaną z systemów nadrzędnych, łącznie z poleceniem
produkcyjnym,



dokonać emisji niezbędnej dokumentacji technologicznej na urządzeniach
peryferyjnych podłączonych do komputera systemu obróbkowego.

Ponadto operator ma do dyspozycji dodatkowe funkcje osiągalne w trybie

DNC; ich zakres jest zależny od konkretnego układu sterowania, nie mniej
jednak część z nich ma charakter funkcji standardowych dla trybu DNC,
np.:



transmisja programu obróbki z komputera systemu do układu sterowania
obrabiarki i odwrotnie,



odczytanie aktualnego statusu urządzenia DNC,



pozycjonowanie maszyny/zjazd na punkty referencyjne,



odczytanie danych maszynowych i zawartości korektorów,



odczytanie katalogu programów NC zawartych w pamięci układu
sterowania,



wybór i uruchomienie konkretnego programu obróbkowego,



zatrzymanie pracy urządzenia,



inne funkcje charakterystyczne dla danego układu sterowania.

Rys. 1. Klasyfikacja sterowania DNC systemami wytwarzania

Architektura

systemu sterowania

Sterowanie DNC systemami

wytwarzania

architektura

scentralizowana

architektura

hierarchiczna

architektura

hybrydowa

architektura

rozproszona

Topologia sieci

przemysłowych

topologia magistrali

topologia gwiazdy

topologia pierścienia

topologia złożona

topologia mieszana

technologia

ProfiBus

Technologie

transmisji danych

techonologia

DNC

Rys. 2. Scentralizowany typ architektury systemu

sterowania produkcją

Układ

sterowania

CNC

Obrabiarka

CNC

Robot

Obrabiarka

CNC

Układ

sterowania

robota

Komputer

DNC

CAD

CAM

Programowanie

obrabiarek CNC

Zakładowa sieć LAN

Architektura scentralizowana ma
wiele

cech

pozytywnych

wynikających

centralnego

zarządzania

całością

informacji.

Umożliwia zaangażowanie w proces
sterowania

mniejszej

liczby

komputerów.

Wymiana

realizowana jest bowiem wyłącznie
ze

sterownikami

podległych

urządzeń.
Jednocześnie

architektura

scentralizowana posiada wiele wad,
takie jak:

• duża złożoność,

•

ograniczona

możliwość

rekonfiguracji,

• uzależnienie prędkości reakcji
systemu od jego wielkości i stopnia
skomplikowania,

• mała odporność na awarie.
Awaria

centralnego

komputera

powoduje całkowite zablokowanie
pracy

systemu.

Obecnie

scentralizowane

architektury

systemów

sterowania

wykorzystywane

są

jedynie

strukturach gniazdowych. Nie są
one

natomiast

stosowane

sterowania

całością

procesów

wytwórczych w przedsiębiorstwach.

Rys. 3. Hierarchiczny typ architektury systemu sterowania

produkcją

Układ

sterowania

CNC

Obrabiarka

CNC

Robot

Terminal

robota

Układ

sterowania

robota

Komputer

DNC

Terminal

obrabiarki

Obrabiarka

CNC

architekturze

hierarchicznej

realizowany

złożony

proces

podzielony zostaje na procesy
prostsze,

powiązane

sobą

przyjętymi

relacjami

według

hierarchii. Podstawowymi zaletami
architektury

hierarchicznej

są:

proste powiązania ze względu na
wielopoziomowe

podejście

rozwiązywanych problemów, co z
kolei

wiąże

się

łatwiejszym

opracowanie

oprogramowania

dzięki

zastosowaniu

budowy

modułowej,

możliwość

użycia

sprzętu

komputerowego

różnych

dostawców

oraz

wykorzystanie  nadmiarowości  w
celu  zwiększenia  niezawodności
działania  systemu.  Do  wad  tej
architektury  należy  zaliczyć:  małą
elastyczność,

utrudniającą

wprowadzanie

nieplanowanych

wcześniej zmian oraz niewielką
odporność na awarie. Przerwanie
kanału

komunikacyjnego

łączącego  poszczególne  poziomy
może  spowodować  utratę  danych,
ale  także  zablokowanie  działania
urządzeń  leżących  w  hierarchii
poniżej miejsca awarii.

Rys. 4. Architektura hybrydowa

Układ

sterowania

obrabiarki

Obrabiarka

CNC

Robot

Terminal

robota

Układ

sterowania

robota

Komputer

DNC

Terminal

obrabiarki

Obrabiarka

CNC

Terminal

obrabiarek

Obrabiarka

CNC

Komputer

DNC

Idea  opracowania  architektury  hybrydowej  wyniknęła  z  istniejących  ograniczeń,
wprowadzonych przez architektury scentralizowane i hierarchiczne, które hamują rozwój
współczesnych  systemów  wytwarzania,  a  także  z  małej  dojrzałości  w  sensie
implementacyjnym architektur w pełni rozproszonych. Elementami tworzącymi strukturę
hybrydową  są  autonomiczne  obiekty  wyposażone  w  umiejętność  samodzielnego
podejmowania decyzji oraz zdolność do współdziałania z innymi obiektami

Rys. 5. Zdecentralizowany rozproszony typ architektury systemu

sterowania

Układ

sterowania

robota

Układ

sterowania

CNC

zakładowa sieć LAN lub WAN

Terminal

DNC

Komputer

komunika-

cyjny

Obrabiarka

CNC

Robot

Obrabiarka

CNC

Terminal

DNC

Komputer

operatorski

Terminal

DNC

Najnowszym  podejściem,  którego  zainteresowanie  wzrosło  w  ostatnich  latach,  jest
architektura  rozproszona  typu  zdecentralizowanego,  gdzie  nie  występuje  wyróżniona
jednostka  spełniająca  funkcje.  W  przypadku  architektury  rozproszonej  obiekty  tworzące
skład  systemu  wytwarzania  mają  przynależną  im  pełną  autonomię  decyzyjną  oraz  mogą
podejmować decyzje i realizować je opierając się na mechanizmach wzajemnych negocjacji

i koordynacji działań

Zdecentralizowany rozproszony układ sterowania składa się z

szeregu  komputerów  i  urządzeń  terminalowych  wykonujących  równolegle
przypisane  im  funkcje.  Mogą  to  być  komputery  nadzorujące  zarówno  pracę
stanowisk  i  urządzeń,  jak  również  jednostki  wyspecjalizowane  zadaniowo.
Pomimo możliwości wzajemnego komunikowania się wszystkich komputerów,
często  jednemu  z  nich  przypisuje  się  funkcję  procesora  komunikacyjnego,
podobnie  jak  to  miało  miejsce  w  przypadku  scentralizowanych  układów
dwupoziomowych  z  podrzędnym  komputerem  komunikacyjnym.  Wynika  to  z
faktu,  że  większość  komunikatów  emitowanych  przez  poszczególne
komputery,  a  zwłaszcza  nadzoruje  pracę  urządzeń,  zawiera  dane  dotyczące
wielu  innych  zadań  wykonywanych  przez  pozostałe  komputery.  Tym  samym
odciąża  się  pozostałe  komputery  od  funkcji  związanych  z  dystrybucją
danych.  Dodatkową  zaletą  tego  rozwiązania  jest  większa  podatność  na
zmiany  konfiguracji  sprzętu  i  oprogramowania  wynikająca  z  ewentualnych
zmian  struktury  produkcyjnej,  a  także  możliwość  zmian  zakresu  funkcji
wykonywanych  przez  poszczególne  moduły  programowe,  formatów  danych,
komunikatów itp.

Układy

zdecentralizowane

są

przykładem

realizacji

idei

przetwarzania  rozproszonego,  też  pod  akronimem  DNC,  ale  będącego
skrótem  angielskiego  Distributed  Numerical  Control,  w  szczególności
umożliwiają  stosowanie  rozproszonych  baz  danych.  Komputery  lokalne
zarządzają  zbiorami  danych  o  znaczeniu  lokalnym.  Transmisji  podlegają
jedynie  te  dane,  które  są  niezbędne  dla  innych  komputerów  (modułów
programowych).  Z  jednej  strony  ogranicza  to  zakres  transmisji  danych,  z
drugiej  zaś  skraca  czas  dostępu  do  danych  niezbędnych  do  wykonywania
zadań lokalnych. Ostatnia cecha jest szczególnie istotna w przypadku zadań
krytycznych  czasowo,  które  na  ogół  mają  znaczenie  lokalne.  Ponadto  układ
taki  zapewnia  większą  swobodę  wyboru  momentu  transmisji  danych.
Większość  z  nich  nie  musi  być  wykonywana  natychmiastowo,  mogą  być
realizowane  w  okresach,  gdy  komputer  nie  wykonuje  zadań  krytycznych
czasowo.

Podstawową zaletą tej architektury jest duża odporność na awarie.

Awaria  pojedynczego  obiektu  dotyczy  bowiem  tylko  jego  samego  oraz
ewentualnie  obiektów  z  nim  współpracujących.  Ważną  zaletą  tej  architektury
jest  prosty  sposób  opracowywania  oprogramowania.  Wynika  to  z  jego
modułowej

struktury

oraz

wykorzystywania

modułów

programowych

wielokrotnego  użytku.  Architektura  rozproszona  jest  także  najbardziej
elastyczną  z  zaprezentowanych  architektur,  umożliwia  bowiem  prostsze
dostosowywanie  systemu  do  zachodzących  w  jego  otoczeniu  zmian,  a  także
charakteryzuje

się

dobrą

rekonfigurowalnością.

Zasadniczą

słabością

architektury  rozproszonej  są  trudności  w  realizacji  celów  systemowych.
Wynikają  one  z  rozproszenia  źródeł  informacji  w  systemie,  ograniczoną
przewidywalnością  zachowania  systemu,  wysokimi  wymaganiami  co  do
przepływności  sieci  komputerowej  oraz  brak  standardów  i  komercyjnego
oprogramowania.

Sterowanie DNC z magistralą adresową wymaga zastosowania jednej

wspólnej  magistrali  z  wszystkimi wynikającymi  z tego  konsekwencjami.  Każdy
odbiornik  (stanowisko  technologiczne)  musi  mieć  swój  unikalny  adres.  Musi
zostać  przyjęty  tzw.  protokół  transmisyjny,  czyli  pewien  formalizm  w
przesyłaniu danych. Rozwiązanie z magistralą jest na pewno nowocześniejsze i
bardziej  rozwojowe.  Pozwala  na  dołączenie  do  istniejącej  magistrali  kolejnych
odbiorników  technologicznych  bez  skomplikowanych  zabiegów  technicznych.
Rozwiązanie takie jest jednak droższe, dlatego opłacalne staje się dopiero dla
większej liczby obrabiarek lub, jeżeli planuje się dalszą rozbudowę sterowania
DNC.
Architektura  rozproszona  i  architektura  hybrydowa  są  uznawane  obecnie  za
perspektywiczne w odniesieniu do systemu sterowania wytwarzaniem.

Topologia komputerowych sieci przemysłowych

Podstawowy podział sieci komputerowych można przeprowadzić w

zależności od:

 rozmiaru sieci:



sieci osobiste PAN (ang. Personal Area Network),



sieci lokalne LAN (ang. Local Area Network),



sieci komercyjne MAN (ang. Metropolitan Area Network) lub Ethernet,



sieci rozległe WAN (ang. Wide Area Network), sieci



intersieci INTERNET;

 udostępniania zasobów:



równorzędny (sieci typu każdy-z-każdym),



serwerowy (sieci typu klient-serwer);

 komunikacji:



sieci z komunikacją obwodów (ang. circuit-switched),



sieci z wymianą pakietów (ang. packet-switched).

Fizyczne rozmieszczenie i połączenie urządzeń w sieci opisuje topologia.

Ze względu na system połączeń urządzeń wyróżnia się następujące
topologie sieci komputerowych:

•   topologia magistrali (szynowa),
•   topologia gwiazdy,
•   topologia pierścienia,
•   topologie złożone
•   topologie mieszane.

T E R M I N A T O R

S E R W E R

P C

T R Ó J N I K

Z Ł Ą C Z A B N C

Rys. 6. Standardowa topologia magistrali

Topologia typu magistrala opiera się na wykorzystaniu jednego,

wspólnego medium transmisyjnego dla wszystkich komputerów podłączonych do
sieci,  co  przedstawia  rys.  Podstawową  zaletą  magistrali  jest  ekonomiczne
wykorzystanie  medium  transmisyjnego,  wadą  jest  jej  potencjalnie  wysoka
zawodność,  ponieważ  uszkodzenie  magistrali  powoduje  unieruchomienie  całej
sieci.  Oba  końce  magistrali  muszą  być  zakończone  opornikami  ograniczającymi,

zwanymi również terminatorami.

Rys. 7. Topologia gwiazdy

P C

K O N C E N T R A T O R

S E R W E R

Topologia typu gwiazda jest obecnie najbardziej typowym węzłem

okablowania  strukturalnego.  Dzięki  niezależnym  połączeniom  wszystkich
elementów  sieci,  komputery  nie  konkurują  o  dostęp  do  medium
transmisyjnego,  co  stwarza  warunki  do  osiągnięcia  wysokich  szybkości
przesyłu  danych.  Serwer  zarządzający  całą  siecią  może  określać  prawa
dostępu  poszczególnych  komputerów  PC.  Połączenie  sieci  LAN  o  topologii
gwiazdy  z  przyłączonymi  do  niej  urządzeniami  rozchodzą  się  z  jednego,
wspólnego  punktu,  którym  jest  koncentrator,  co  przedstawia  rys.  Każde
urządzenie  przyłączone  do  sieci  w  topologii  gwiazdy  może  uzyskiwać

bezpośredni i niezależny od innych urządzeń dostęp do nośnika.

Rys. 8. Topologia pierścienia

P C

S E R W E R

W topologii typu pierścień medium transmisyjne dołączone jest do

każdego  z  komputerów  tworzących  sieć  -  rys.  Informacje  przesyłane  są
zazwyczaj w jednym kierunku, pomiędzy sąsiednimi komputerami, dopóki nie
osiągną miejsca swojego przeznaczenia. Ponieważ sposób przesyłania danych
jest  ściśle  określony,  konstrukcje  tego  typu  umożliwiają  uzyskanie  dużych
szybkości  transmisji.  Struktury  pierścieniowe  są  mniej  elastyczne  i  może  to
być przeszkodą przy ich wprowadzaniu w środowiska przemysłowe.

Rys. 9. Topologia złożona

P C

K O N C E N T R A T O R

S E R W E R

P C

K O N C E N T R A T O R

P C

Topologie złożone są rozszerzeniami i/lub połączeniami podstawowych topologii
fizycznych. Najprostszą z topologii złożonych otrzymać można w wyniku
połączenia szeregowego wszystkich koncentratorów sieci, co przedstawia rys.

Rys. 10. Sieć mieszana

T E R M I N A T O R

S E R W E R

P C

T R Ó J N I K

Z Ł Ą C Z A B N C

P C

K O N C E N T R A T O R

S E R W E R

Sieci o topologii gwiazdy, szyny czy pierścienia nie są wystarczające do

stworzenia  większych  sieci  lokalnych.  Połączenie  tych  wszystkich  topologii
umożliwia  rozbudowę  sieci  mieszanej,  co  przedstawia  rys.  W  każdej  z  topologii
występują  jakieś  ograniczenia,  związane  z  ilością  komputerów  w  sieci,  lub
długością kabla. Mieszane sieci umożliwiają pozbycie się tych niedogodności.

Technologie transmisji danych

Przepływ informacji w systemie DNC może być realizowany trzema

sposobami:

z tzw. centralnym albo gwiaździstym połączeniem nadrzędnego
komputera DNC z pozostałymi stanowiskami technologicznymi,

z tzw. szyną danych (bus) zwaną także magistralą adresową,

z wykorzystaniem sieci komputerowej Ethernet:



przewodowo,



bezprzewodowo.

Pierwszy

sposób

przepływu

informacji

stosowany

jest

architekturach scentralizowanych, drugi w rozproszonej.
Zastosowanie  sieci  komputerowej  Ethernet  daje  dalszy  rozwój
możliwości  wykorzystania  komputera  DNC.  Jest  ono  jednak
uzasadnione  tylko  dla  dużej  liczby  odbiorników.  Szczególnie  w  tych
przypadkach  technologicznych,  w  których  da  się  wyodrębnić  grupy
odbiorników  logicznie  ze  sobą  powiązanych,  np.  grupy  maszyn
stanowiących  tzw.  gniazda  obrabiarek.  Wówczas  celowe  jest
stosowanie  oddzielnego  nadrzędnego  terminala  (serwera),  który
steruje  wyodrębnioną  grupą  maszyn.  Maszyny  z  tej  grupy  nie
komunikują  się  z  komputerem  DNC  bezpośrednio,  lecz  za
pośrednictwem serwera przyłączonego do sieci Ethernet.

Prędkość transmisji w sieciach przemysłowych podlega tym samym

regułom  co  w  sieciach  komputerowych  (np.  w  zależności  od  ilości  danych  jakie  są
przesyłane).  Kryterium  określającym  w  przybliżony  sposób  wymaganą  prędkość
jest tzw. czas odpowiedzi. Określa on czas, jaki upłynie między wydaniem polecenia
przez  operatora  a  odpowiedzią  systemu  sterowania.  Najmniejsze  prędkości
stosowane  w  przemyśle  to  1200bit/s,  największe  to  nawet  100Mbit/s  dla  sieci
Ethernet.

Oprócz sieci kablowych stosowanych w przemyśle wyróżnić należy sieci

bezprzewodowe, które są najnowszym rozwiązaniem w technologiach sieciowych.
Sieci bezprzewodowe mają zastosowanie wszędzie tam, gdzie wymagana jest jak
największa mobilność i łatwość dostępu do sieci.

Bezprzewodowy system DNC

zapewnia użytkownikom elastyczność w

przemieszczaniu  obrabiarek  oraz  pozwala  uniknąć  problemów  związanych  z
“przewodowymi”  systemami  DNC.  W  skład  bezprzewodowego  systemu  DNC
wchodzą  punkty  dostępu  (access  points)  podłączonych  do  sieci  Ethernet.  Punkty
te rozprowadzają

drogą

radiową

dane

miedzy

siecią,

maszynami

technologicznymi.  Adaptery  RS-232  zainstalowane  w  portach  szeregowych
obrabiarek  CNC  konwertują  przysyłane  programy  NC  na  sygnały  RS-232. Każdemu
odbiornikowi przypisany jest przez serwer unikalny adres IP (Internet protocol), co
eliminuje  zagrożenia  związane  z  błędnym  rozsyłaniem  danych.  Problem
bezpieczeństwa  danych  został  rozwiązany  poprzez  zastosowanie  szyfrowania.
Zaszyfrowane dane rozsyłane są punktów transmisyjnych, a następnie dekodowane
przez  obrabiarkę  CNC.  System  korzysta  z  pasma  częstotliwości  radiowych
przeznaczonych  specjalnie  dla  sieci  bezprzewodowych.  “Wireless  DNC  system”
eliminuje możliwość uszkodzenia serwera lub maszyn technologicznych przez nagłe
zwarcia lub skoki napięć, co także jest jego duża zaletą.

Zastosowanie technologii Remote DNC pozwala osiągnąć maksymalna

wydajność  produkcji  przy  minimalnych  kosztach.  Rozwiązanie  opracowano  dla
Windows  pozwala  zakładom  produkcyjnym  korzystać  z  zalet  sterowania  DNC.
Charakteryzuje  się  ono  minimalnymi  kosztami  sprzętu,  gdyż  nie  są  konieczne
osobne  terminale  DNC.  Do  transferu  danych  do  i  z  urządzeń  technologicznych
DNC  wykorzystywane  są  obecnie  łącza  szeregowe  zgodne  ze  standardami
RS232C  lub  V24.  Łącza  te  oprogramowane  mogą  być  dodatkowo  procedurami
kontrolnymi  np.  procedurą  LSV2  (ang.  Low  Speed  Version  2)  -  bazującą  na
normie DIN 66019, nadzorującymi prawidłowość wymiany danych prowadzonej
po  łączu  szeregowym  w  trybie  DNC.  Procedury  te  wchodzą  w  skład
standardowych  bibliotek  układów  sterowania  numerycznego  i  wraz  z
charakterystyczną  dla  danego  układu  biblioteką  funkcji  DNC  definiują  zakres
komunikacji  możliwej  do  przeprowadzenia  w  trybie  DNC.  Pozwala  to  na
niezakłócony  transfer  programów  NC  pomiędzy  komputerem,  a  maszynami
technologicznymi.  Dzięki  takiemu  rozwiązaniu  irytujące  przerwy  w  procesie
produkcyjnym odchodzą do przeszłości.

Technologie DNC

Remote DNC

Możliwe są dwa różne warianty Remote DNC:

1. DNC na ograniczonym obszarze

Jeżeli odległości w linii produkcyjnej są relatywnie krótkie (np.

jeżeli odległość pomiędzy obrabiarkami i komputerem DNC wynosi do około
15  metrów)  stosowane  są  oddzielne  kable  pomiędzy  obrabiarkami,  a
komputerem.  Typowymi  łączami  fizycznie  realizującym  komunikację  z
układami  sterowania  są  łącza  szeregowe  RS232  lub  RS485,  o  przeciętnej
prędkości transmisji danych w zakresie 2400-9600 Bit/s.

2. DNC na dłuższych dystansach
Jeżeli w zakładzie produkcyjnym odległości są większe, stosowane jest inne
rozwiązanie:

• oprogramowanie DNC instalowane jest na komputerze klasy PC,

• połączenia pomiędzy komputerem, a maszynami nie są realizowane przez
szeregowe okablowanie, ale wykorzystuje się sieć Ethernet,

• terminal zainstalowany pomiędzy PC, a obrabiarkami, który łączy
obrabiarki z siecią Ethernet i steruje przepływem danych.

Rozwiązanie z terminalami jest bardzo dogodnym systemem

transferu  i  równoczesnego  administrowania  plikami  NC.  Terminale
obrabiarek  i  robotów  tworzą  interfejs  maszyn  technologicznych.  Terminale
te  wyposażone  w  odporną  na  kurz  i  zachlapania  klawiaturę  ASCII  i
wyświetlacz  ciekłokrystaliczny  LCD  są dogodnym  rozwiązaniem  dla
zapylonych  pomieszczeń  produkcyjnych.  Terminale  mogą  realizować
następujące zadania:

• transfer plików NC (dodatkowa zaleta: każdy terminal “widzi” i ma
dostęp do ściśle określonych ścieżek na komputerze DNC),

• szybka i pewna transmisja programów NC pomiędzy komputerem,
a terminalem,

• buforowanie programów NC,

• tworzenie i optymalizacja programów NC (edytor z funkcja help),

System FMS 300-10 jest pakietem programów (modułów) i zarządza

różnymi  plikami  wymaganymi  do  realizacji  produkcji:  programami  NC,  listami
narzędzi, danymi  dotyczącymi przezbrojeń,  plikami graficznymi i in. Każdy  plik
opatrzony  jest  bogatym  opisem  (nazwa,  typ,  miejsce  przeznaczenia  –
obrabiarka  lub  grupa  obrabiarek,  autor,  wersja,  itp.).  Użytkownik  ma  do
dyspozycji  wszelkie  narzędzia  związane  z  zarządzaniem  programami  NC  –
przeglądanie,  edycja,  porównanie  dwóch  wersji  programów,  odwołanie  przez
sieć.

MINI-DNC to system DNC przeznaczony dla Windows 95/NT. Platformą

sprzętową  jest  tu  przemysłowy  PC.  Możliwa  jest  praca  samodzielna  bądź
jako  terminal  systemu  FMS  300-10.  Komunikacja  ze  sterownikami  NC/CNC
odbywa  się  przez  interfejsy  szeregowe  RS  232.  Jeden  pakiet  MINI-DNC
pracuje  z  czterema  sterownikami.  Standardowo  MINI-DNC  umożliwia
dwukierunkową  transmisję  programów,  również  na  żądanie  operatora
maszyny.

Moduł SinDNC umożliwia przesyłanie programów przez Ethernet.

Rozwiązanie takie z jednej strony pozwala na szybszą transmisję w
porównaniu z interfejsem szeregowym, a z drugiej umożliwia bezpośredni
dostęp

zasobów

sieci

komputerowej.

SinDNC

jest

częścią

oprogramowania

“IT

Solutions

for

Machine

Tools”

(Rozwiązanie

informatyczne dla maszyn). Oprogramowanie to ma za zadanie integrować
SINUMERIK 810D/840D/840Di i starsze sterowniki PLC w sprawny, wydajny i
połączony  ze  sobą  zautomatyzowany  system.  Pakiet  SinDNC,  obok
realizacji  komunikacji  zleconej  przez  FMS  300-10,  umożliwia  operatorowi
obrabiarki  transmisje  programów  NC  miedzy  sterownikiem,  a  dowolnym
komputerem  pracującym  w  sieci,  np.  systemem  programowania,  PC  z
systemem Windows.

Sieci ProfiBus zostały opracowane na zlecenie Ministerstwa Badań i

Technologii  Niemiec  na  potrzeby  automatyki  przemysłowej.  Historia  sieci
ProfiBus  rozpoczyna  się  w  1987  roku  w  Niemczech,  podwaliny  organizacji
tworzyło  21  przedsiębiorstw  i  instytucji  skupionych  w  celu  utworzenia  i
wspierania strategii projektu sieci przemysłowej. Cel, jaki sobie stawiano, to
utworzenie sieci cyfrowej,  która byłaby  standardem dla rozproszonych  stacji
przemysłowych.

1993

roku

opracowano

protokół

ProfiBus

(Decentralized Periphery). Protokół ten dostępny jest w trzech wersjach: DP-
V0, DP-V1 i DP-V2 i jest najbardziej obecnie rozpowszechnionym i
stosowanym,

promowanym

przez

firmę

Siemens,

standardem

komunikacyjnym w przemyśle.

Założeniem twórców protokołu ProfiBus było stworzenie otwartej

standardowej technologii sieciowej, z którą mogą współpracować urządzenia
produkowane  przez  różnych  producentów.  Kolejnym  parametrem  było
umożliwienie  przesyłania  informacji  w  systemach  pracujących  w  czasie
rzeczywistym,  wymagających  szybkiego  transferu  dużych  paczek  danych,  a
także w systemach wymagających cyklicznego przesyłania niewielkich paczek

danych.

W hierarchii protokołów sieciowych ProfiBus należy do warstwy

zapewniającej komunikację pomiędzy inteligentnymi elementami systemu
sterowania, co przedstawiono na rys.

Technologie ProfiBus

P R O F I B U S

R S - 4 8 5

A S - I n te r f a c e

P R O F I B U S W S I E C I E T H E R N E T /T C P - I P

P L C

I P C

P C M a s t e r

P C S l a v e

L C D

M O T O R

P R O D U K C J A

R E G U L A C J A

C O U P L E R

L O G I C A L

T O K E N

I E C 1 1 5 8 - 2

Rys. 12. Struktura sieci ProfiBus

Sukces sieci PROFIBUS spowodowany jest zarówno zastosowaniem

najnowocześniejszych  technologii  oraz  działaniem  organizacji  wspierającej
PROFIBUS PNO, która reprezentuje producentów i użytkowników. Wraz z 25
innymi  regionalnymi  organizacjami  PROFIBUS  w  różnych  krajach  pod
wspólna  egidą  międzynarodowej  organizacji  PROFIBUS  International  (PI)
założonej  w  roku  1995,  która  zrzesza  obecnie  ponad  1100  członków  na
całym  świecie.  Założeniem  organizacji  PI  jest  ciągłe  wspieranie  i  rozwój
sieci  PROFIBUS.  Dodatkowo  obok  wspierania  technologii  związanych  z
siecią  PROFIBUS,  organizacja  PI  ma  za  zadania  pomoc  techniczną  dla
użytkowników  i  producentów  oraz  podejmowanie  starań  związanych  ze
standaryzacją  technologii  i  rozwiązań.  PI  jest  największą  organizacją
użytkowników  sieci  polowych  na  świecie.  Stwarza  ona  możliwości  ciągłego
rozwoju najnowszych technologii oraz zapewnia kompatybilność i otwartość
w przyszłości wszystkim użytkownikom sieci PROFIBUS.

Topologie sieci ProfiBus mogą mieć charakter magistrali, drzewa

lub  ich  kombinacji.  W  każdym  z  segmentów  sieci  mogą  pracować
urządzenia  typu  master  i  slave.  Urządzenia  master  określają  sposób  i
kierunek  komunikacji  w  sieci  i  inicjują  transmisję  danych.  Urządzenia  typu
slave w postaci: portów I/O, włączników napędów, czujników ruchu czy też
komputerów nie mają możliwości inicjacji połączeń, są do nich dopuszczane
przez  urządzenie  master.  Możliwe  są  także  transmisje  danych  pomiędzy
masterami.

Protokół komunikacyjny DP

W sieci ProfiBus stosowany jest protokół komunikacyjny DP (Decentralized

Peripherals). Zazwyczaj stacja centralna (PLC, PC lub system sterowania procesem)
komunikuje

się

z urządzeniami rozproszonymi po

obiekcie,

takimi jak

wejścia/wyjścia,  zawory,  przetworniki,  czy  analizatorami  poprzez  połączenie
szeregowe.  Wymiana  danych  ze  stacją  rozproszoną  jest  zasadniczo  cykliczna.
Potrzebne  do  tego  funkcje  komunikacyjne  są  określone  przez  podstawowe  funkcje
bazowe DP (wersja DP-V0). Obecnie są już trzy kolejne wersje: DP-V0, DPV1 oraz DP-
V2,  przy  czym  każda  kolejna  wersja  ma  rozszerzone  właściwości.  Przejście  do
kolejnych  wersji  związane  jest  z  kolejnymi  pracami  nad  protokołem  i  rosnącymi
wymaganiami aplikacyjnymi.
Podstawowe cechy poszczególnych wersji są następujące:

DP-V0 ma podstawowe funkcje DP, włączając cykliczną wymianę danych, jak

również diagnostykę stacji, diagnostykę modułu i poszczególnych kanałów.

DP-V1 zawiera rozszerzenia związane z automatyką procesu, w

szczególności  acykliczną  komunikację  danych  w  celu  parametryzacji,  obsługi
wizualizacji i alarmów inteligentnych urządzeń polowych, działającą wraz z cykliczną
komunikacją  danych  użytkowych.  Pozwala  to  na  bezpośredni  dostęp  do  stacji
wykorzystując  odpowiednie  narzędzia  inżynierskie.  Dodatkowo  DP-V1  definiuje
alarmy.

DP-V2 wprowadza dalsze rozszerzenia, które są związane przede wszystkim

z napędami. DP-V2 implementowany jest do obsługi napędów przy sterowaniu
osiami. Poszczególne wersje DP określone są w normie IEC 61158.

Do ważniejszych zalet stosowania sieci ProfiBus należy zaliczyć:

• spójne i logiczne rozszerzenie do zastosowań w różnych aplikacjach
przemysłowych,

• łatwa integracja licznych systemów automatyki,

• szybka i niezawodna komunikacja z modułami,

• cykliczna wymiana danych w czasie rzeczywistym,

• prostota obsługi i niezawodność,

• uniwersalność stosowania sieci w różnych aplikacjach systemowych.

Oczekiwania stawiane systemom DNC:

 Magazynowanie i zarządzanie programami technologicznymi NC.
 Bieżący rozdział programów technologicznych NC na poszczególne

stanowiska technologiczne.

 Aktualizowanie programów technologicznych przechowywanych w pamięci

DNC na podstawie poprawek i zmian wprowadzanych do programu
obróbkowego przez operatora na stanowisku technologicznym.

 Programowanie obrabiarek sterowanych numerycznie do istniejących

pamięci DNC postprocesorów.

 Symulacja graficzna przebiegu obróbki z zaznaczeniem konturu przedmiotu i

toru narzędzia.

 Magazynowanie i zarządzanie narzędziami, wartościami korekcji, położeniem

początku układów współrzędnych narzędzi i ich transponowaniem do
układów współrzędnych konkretnego sterowania CNC.

 Zbieranie danych produkcyjnych i eksploatacyjnych do potrzeb zarządzania

produkcją i remontami.

 Zarządzanie paletami i przedmiotami obrabianym.
 Centralne

zarządzanie

wspólnymi

narzędziami

dla

kilku

maszyn

technologicznych.

 Graficzna prezentacja danych produkcyjnych zebranych przez system DNC.
 Centralne zabezpieczanie aktualnych programów technologicznych dla

każdego stanowiska CNC i ich aktualizacja w pamięci sterowania CNC w
przypadku ich utraty.

 Podejmowanie decyzji dotyczących priorytetów technologicznych dla

przedmiotów znajdujących się w magazynach.

Z wielu zalet sterowania DNC wymienić należy przynajmniej kilka:



Zmniejszenie czasu przygotowawczego operacji;



Zmniejszenie liczby błędnych danych przesyłanych do obrabiarki
CNC;



Duża pewność przy wymianie programów technologicznych;



Gwarancja użycia aktualnie potrzebnego programu;



Proste i przejrzyste zarządzanie programami technologicznymi;



Lepsze możliwości organizacyjne wytwarzania;



Zminimalizowanie przestojów obrabiarek w związku z wymiana
programu technologicznego;



Łatwe przygotowanie danych obróbkowych;



Elastyczna, w pełni zautomatyzowana praca obrabiarek urządzeń.

Dodatkowymi elementami charakterystycznymi dla łączy DNC są:



software'owe protokoły zabezpieczenia transmisji danych realizowanych
przez łącze szeregowe,



biblioteki funkcji DNC, które pozwalają na zdalne sterowanie maszynami i
urządzeniami technologicznymi bezpośrednio przez komputer systemu
obróbkowego.

Document Outline