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

z

własną

pamięcią

do

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

na

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

na

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

z

centralnego

zarządzania

całością

informacji.

Umożliwia zaangażowanie w proces
sterowania

mniejszej

liczby

komputerów.

Wymiana

ta

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

w

strukturach gniazdowych. Nie są
one

natomiast

stosowane

do

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

W

architekturze

hierarchicznej

realizowany

złożony

proces

podzielony zostaje na procesy
prostsze,

powiązane

ze

sobą

przyjętymi

relacjami

według

hierarchii. Podstawowymi zaletami
architektury

hierarchicznej

są:

proste powiązania ze względu na
wielopoziomowe

podejście

do

rozwiązywanych problemów, co z
kolei

wiąże

się

łatwiejszym

opracowanie

oprogramowania

dzięki

zastosowaniu

budowy

modułowej,

możliwość

użycia

sprzętu

komputerowego

od

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

T E R M I N A T O R

S E R W E R

P C

P C

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

P C

P C

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

P C

P C

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

P C

P C

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

S E R W E R

P C

P C

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

T E R M I N A T O R

S E R W E R

P C

P C

T R Ó J N I K

Z Ł Ą C Z A B N C

P 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:

1.

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

2.

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

3.

z wykorzystaniem sieci komputerowej Ethernet:



przewodowo,



bezprzewodowo.

Pierwszy

sposób

przepływu

informacji

stosowany

jest

w

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,

a

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 DNC firmy
Siemens

Rys. 11. System DNC firmy Siemens

Składa się on z trzech podstawowych składników:

• FMS 300-10 – centralny system zarządzania programami NC
pracujący na stacji roboczej UNIX,

• MINI-DNC – prosty system DNC z systemem operacyjnym Windows 95/NT,
• SinDNC – oprogramowanie do układów sterowania SINUMERIK 810D, 840D, 840C
(wersja z systemem Windows) umożliwiające pracę w trybie DNC z komunikacją
przez sieć Ethernet.

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

do

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.

W

1993

roku

opracowano

protokół

ProfiBus

DP

(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

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

P L C

P L C

I P C

P C M a s t e r

P C S l a v e

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.

Tab. 1. Sposoby transmisji (warstwa fizyczna) w sieci Profibus

Technologia transmisji RS 485

Rys. 13. Okablowanie i terminator sieci dla technologii transmisji

RS485

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.