摘要：提出一种基于串口服务器的新型数控技术实践教学方案，该方案经济实用，切实解决了数控实践教学中因手工输入而导致效率低下的问题，大大提高了教学质量，在实际教学应用中取得了良好的效果。
关键词：数控教学；局域网；串口通信；程序传输
随着工业现代化的发展，数控机床在制造行业的作用越来越大，因此好多大中专学校都开设了数控机床实践教学课程。当前的教学模式基本上是“理论教学-软件模拟-机床实践”的三线模式。在软件模拟到机床实践的过程中，因为在计算机上模拟成功的程序无法直接传送到数控机床上，所以往往需要学生重新输入程序，这样不仅降低了数控学习的效率，而且在输入的过程中容易出现一些细节性的错误，使得程序无法正常运行，影响了正常的教学进度，甚至会导致设备故障并可能引起安全问题[1]。另外，由于数控机床数量有限，一般会采用“多人一组”的模式，这样会导致学生学习热度降低，影响学生的后续发展，同时也会导致程序文件难以管理[2]。如何最具效率又有条不紊的进行数控机床教学，并且有效的保护数控设备，这就是本文需要解决的问题。
1串口服务器
1.1串口服务器概述
串口服务器是专用的工业控制产品，提供串口转网络功能，能够将RS-232/485/422串口转换成TCP/IP网络接口，实现RS-232/485/422串口与TCP/IP网络接口的数据双向透明传输，使得串口设备能够立即具备TCP/IP网络接口功能[3]。连接网络进行数据通信，极大的扩展串口设备的通信距离。内部集成ARP，IP，TCP，HTTP，ICMP，SOCK5，UDP，DNS等协议，RS-485/422转换提供数据自动控制。支持动态IP（DHCP）和静态IP以及网关和代理服务器，可以通过Internet传输数据，而且能同时支持多个连接。所以，利用串口服务器可以将多台数控机床连成一体，实现高效率的数据分配和资源共享。
1.2232转RJ45的RealCom转换模块
RealCom协议是在RS232转换为RJ45时真实反映串口特性的网络协议。232转为网口后，RealCom协议可以实现串口特性的保留，232串口的特性包括：波特率、数据位、停止位、校验位、第9位串口数据。RealCom协议中会有相应的命令和数据位将串口的这些参数信息传递到网口的另一端，从而能够让网络端的程序能够识别当前串口使用的波特率等参数。
1.3CanHigherNC616串口服务器的特性
CanHigherNC616串口服务器外观，采用32位、主频100MHZ的HypestoneCPU，拥有8M内存，后面板上有16个RJ45形式的RS-232C接口。它的主要特点如下：（1）采用ARM9平台，嵌入式LINUX操作系统，性能稳定可靠；（2）提供丰富的工作模式实现串口设备立即联网功能；（3）支持RealCom/TTY驱动，完全兼容原有软件系统；（4）具有TCPServer，TCPClient和UDP等通用透明传输模式；（5）支持串口服务器直接对联模式和反向终端模式；（6）可通过网页浏览器或Telnet终端进行配置管理；（7）附带Windows平台下的管理软件，提供强大管理功能；（8）可自由选择串口类型；（9）提供1个10/100M自适应网口，并且支持MDI，MDI-X自适应功能；（10）每个串口带有15KVESD浪涌保护；（11）串口通信速率最高可达460.8Kbps；
2整体方案
本课题整体方案如图2所示，学生端的各台计算机通过交换机连接成局域网，由前台的DNC主机控制。学生使用软件进行加工仿真，确认程序运行无误后，将程序发送到DNC主机，由教师进行数控机床的分配，两至三人一组，进行实际的数控机床操作，使得有限的数控机床得到最高效的利用。
2.1交换机特性
交换机是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备，它的作用是连接网络设备并根据MAC地址表高速转发数据。交换机按用途可分为家用和企业两种，家用交换机一般有5口、8口；企业交换机有16口、24口、48口。交换机与计算机连接使用直通双绞线连接，连接到交换机上的计算机要通信时，数据首先会发送到交换机上，交换机根据学习到的MAC地址表查找到目的计算机所在的端口进行转发，其它计算机不会接收到该数据，节省了网络带宽。当要连接网络的计算机数大于一台交换机的端口数时，可使用交换机级联或堆叠的方式扩展交换机端口。
2.2利用交换机组建局域网
首先把所有要连接的电脑的网线接到交换机的端口上，具体连接方式。在电脑的本地连接-属性-TCP/IP协议修改电脑的IP地址，使得每台电脑的IP地址在同一个网段内，内部的局域网一般使用IP地址：192.168.3.XX子网掩码：255.255.255.0，C类IP地址的范围在0~255，其中中0是网络ID，255是广播地址，即普通局域网最多可供254台电脑使用。设置每台电脑的工作组名为WORKGROUP，保证所有电脑处于同一工作组内。如果系统自带的防火墙的安全级别过高，会把局域网内的其他计算机屏蔽掉。需要注意的是，要防止移动存储设备带病毒的文件，以防计算机病毒在局域网内传播，影响局域网络的正常工作[4]。
2.3程序传输
本课题采用局域网共享文件夹的方式进行程序传输，在主机端创建共享文件夹，学生使用软件进行加工仿真，确认程序运行无误后，将程序放入以自己学号命名的文件夹内，直接粘贴到主机的共享文件夹内，老师将程序通过串口服务器发送至数控机床，并对已经仿真成功的学生进行分组，安排到固定编号的数控机床上进行操作。
3线路连接与数据传输图
3.1DNC主机与串口服务器之间采用超五类屏蔽双绞线进行连接，按交叉网线做法。
3.2数控机床为DCE（DataCircuit-terminatingEquipment）设备，通讯端口为标准25针或9针的串口，且为母头（孔头），如图5为标准9针串口引脚图（上公下母），DB9和DB25的引脚定义。
4串口服务器的软件配置及程序传输
4.1修改串口服务器IP地址
串口服务器默认IP地址为192.168.0.233，如果不修改可能会出现工作网段与服务器的工作网段不一致或者IP地址冲突的问题，所以应修改串口服务器的IP地址。修改步骤如下：双击打开串口服务器管理工具upgrade，点击放大镜图标搜索网络中设备。点击红色感叹图标修改默认IP地址为所需IP地址，一般为192.168.3.1。应该注意的是，此时的修改只是临时修改。在修改之后应该从浏览器登录串口服务器的web设置界面进行修改。在设置界面填入所需IP地址，点击上方的提交按钮，提交成功后点击左下方的保存设置，再点击“保存”确认保存，最后点击“重启设备”重启，所有设置在设备重启之后生效。
4.2配置虚拟串口软件
安装虚拟串口软件setup，装结束后打开计算机的控制面板，找到COMportoverTCP/IP图标打开，双击选定任意串口开始配置，填写配置参数，其中DeviceIPaddress为串口服务器的当前IP地址；DevicePort为串口服务器的端口编号，KeepAlive为串口存活时间，填写300，最后两项保持默认；最后，重启计算机。串口服务器的虚拟串口模式配置已经完成，然后可以对配置的串口进行操作，如同操作计算机自带的串口，如图9所示。
4.3配置通讯管理软件
不同的数控系统需要不同的通讯软件，串口通信在软件设置里需要进行多项参数设置，主要包括波特率、奇偶校验和停止位。波特率指的是信号被调制以后在单位时间内的变化，即单位时间内载波参数变化的次数；奇偶校验是一种校验代码传输正确性的方法，根据被传输的一组二进制代码的数位中“1”的个数是奇数或偶数来进行校验。停止位表示单个数据包的最后一位，典型的值为1，1.5和2位。下面以FANUCOi系统的数控机床传送零件程序为例，详细介绍协议的设置，其它数据传输的协议设定可以参照零件程序传送的协议设定。（1）启动机床，并确保机床已处于正常工作状态，CNC无任何报警。（2）选择MDI方式。（3）依次选择<SYSTEM>、[SYSTEM]、、[ALLI/O]、[PRGM]，出现参数设置菜单，根据表3的值进行设置。
4.4零件程序的传送（数控机床到计算机）
（1）选择EDIT方式。（2）将控制面板上的钥匙置于打开（O）状态（只有这样，才允许接收零件程序）。（3）依次选择<PROG>、[O-PRT]、、[EXEC]键，显示屏上出现闪烁的“LSK”字样。（4）计算机端选“传送”菜单的“发送文本文件”，在文件名一栏中指定文件名。（5）在“FIIENAME”栏中输要传送的程序的路径及文件名，然后回车确认，数控机床端显示屏上的“LSK”字样变为“INPUT”字样，计算机端会动态显示零件程序直至传送结束。如今自动化技术日益兴盛，数控机床实践教学也越来越受到重视。为了提高学生的学习热情，让每个学生都可以独立完成一个加工件，我们需要一种高效率、高质量的教学方案。本文在研究传统数控教学的基础上提出一种基于串口服务器的新型实践教学方案，系统经过实际运行达到预期目标，提高了学生的学习效率，而且有效的保护了数控设备。
参考文献
[1]李晔，于洪涓.数控机床实践教学心得[J].科技创新导报，2014（13）：138.
[2]赵洪义，崔长城.数控机床联网技术应用[J].黑龙江科技信息，2008（10）：28.
[3]陈玉良.基于网络的数控机床通讯研究[J].机床与液压，2005（3）：79-80.
[4]金红旭.交换机VLAN技术在局域网中的应用[J].中国科教创新导刊，2013（11）：169.
[5]陈颂阳.采用串口设备服务器的数控机床联网研究[J].装备制造技术，2010（1）：134-136.
[6]冯琴.机床CNC数据传输方法应用研究[J].科技信息，2013（24）：267-268.
作者：夏开虎 伍文进 张建新 单位：徐州工程学院 徐州工程学院 江苏省大型工程设备装备检测与控制重点实验室
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