數控機床測頭（在機測量）的新一代數（shù）據傳輸技術

數據傳輸是數據感知到應用的必要環節，主要表現在基於通信技術的各種網絡中，依賴（lài）於物理設備（bèi）的硬件互聯和通（tōng）信網絡的協議互（hù）通（tōng）。其中硬件互聯是指數控係統通過各（gè）種（zhǒng）硬件接口與外部通信（xìn）模（mó）塊的連接，主要（yào）包括主流（liú）數控係統都有的RS232/422/485、USB、RJ45接口。隨著（zhe）移動（dòng）通信技術融入工業領域，移動通（tōng）信網絡也廣泛（fàn）應用於（yú）工業數據傳輸，如窄帶（dài）物聯網、4G/5G移動網絡等。協議互通是指通過標準協議進行的數據（jù）通信。一方麵，數控係統（tǒng）通過（guò）各種現場（chǎng）總線（xiàn）協議與底層驅動程序（xù）進行通信，如以太貓、PROFINET、NCUC等。另一方麵，數控係（xì）統通過各種互連通（tōng）信協議與數據應用（yòng）程序傳輸數據。

1) RS232/422/485數控機床的互聯

串（chuàn）行通（tōng）信簡（jiǎn）單、成熟、可（kě）靠、成本低。一般通過串口服務器實現與計算機的網（wǎng）絡連接是數控機（jī）床最（zuì）基本（běn）的數據傳輸方式。其中，串口服務器可（kě）以將RS232/422/485串口轉換為TCP/IP網絡接口，使（shǐ）數控機床具備基於串口的TCP/IP網絡接口功能，實現（xiàn）RS232/422/485串口與TCP/IP網絡接口之間的雙向透明數據傳輸。RS-232是數控（kòng）機床最簡單的串行通信（xìn）方式，是EIA(電子工業協會（huì）)製定的串行物理接口（kǒu）標（biāo）準。RS232規定了電氣和物理特性，隻作用於數據傳（chuán）輸通道，不包含數據處理方式。也就（jiù）是說（shuō），RS232接（jiē）口可以實現點對（duì）點的通（tōng）信，但是不能支持數控（kòng）機床的聯網功能（néng）。因此，電信行業協（xié）會和電子行業聯盟共同定義並推出（chū）了RS485標準，該標準采用差分（fèn）傳輸方式，支持點（diǎn）對多（duō）點組網方案，從（cóng）而實現一台計算（suàn）機與多台數控機床之間的數據傳（chuán）輸。具有抗噪聲幹擾能（néng）力強、數據傳輸距離遠、設備組網操作簡單等特點。RS422的電氣性能與RS485完全一致。主要區別在於:RS485采用半雙（shuāng）工方式，常用於數控機床總線網絡的數據傳輸；RS422采用全雙工方式，數據發送和接收（shōu）需要單獨的通道，一般適用於兩個站之間的星型網絡或環型網絡通信。

2)數控機床的USB互聯

USB(通用串行總線)是1994年底由許多世界（jiè）著名的計算機和通信公（gōng）司聯合製定的一種開放的新型通用串行總線標準。USB接口的（de）集（jí）成使數控係統更加開放和靈活，可以在（zài）生產過程中（zhōng）根據需要（yào）動態增減外設。它主要（yào）有以下特點:

(1)易（yì）用性。USB支持通信設備的熱插拔和即插即用（yòng）。

(2)可擴展性。理論上，通過使用USB hub，一條USB總線可以連接127個外設，支持一台工控機對一條小（xiǎo）型流水線上所（suǒ）有數控機床的控製。

(3)快速性。USB接口（kǒu）的傳輸速率高於RS232/422/485接口。目前USB已經發展到USB3.0，最高（gāo）傳輸（shū）速率為USB1.0的192KB/s、1.5MB/s、60MB/s、640MB/s。

(4)可靠性。USB總線具有可靠的硬件設計規範（fàn）和數據（jù）傳輸協議。其中USB驅動、接（jiē）收器、線纜的硬件規範可以排除大部分可能造成（chéng）數據（jù）錯誤的（de）噪聲。USB協（xié）議的錯誤檢查和數據重傳機製可以最大程度地保證數據傳輸的準確性。

(5)簡單性。USB總線內置（zhì）電源線，可以滿足大部分（fèn）低功耗外設的電源需求，為數控機床邊緣設備的集成提供支持。

由於USB總線的上述優點（diǎn），在工業實時通信和控製中得到（dào）了（le）廣泛（fàn）的應用，如示教盒與控製器之（zhī）間的數據傳輸、動態圖像的實時傳輸等。在機器人係統中。

3) RJ45數控機床互聯

RJ45接口（kǒu）是目前數控機床常用（yòng）的以太網接口。它通過RJ45連接器(俗稱“網絡連接器”)將（jiāng）數控機床快速連接到工業以太網。RJ45信（xìn）號電纜由網狀編織屏蔽層屏蔽，內部布線中的（de）差分電（diàn）纜通常采用雙絞線傳輸。電纜兩端需要加磁環，磁環內徑要與（yǔ）電纜外徑緊密結合。RJ45電纜布（bù）線時（shí），要求遠離（lí）其（qí）他強幹擾源，如電（diàn）源（yuán）模塊。最好單獨布線或與其他模擬、電源電纜保持10cm以上的距離，以保證數控機床的數據傳輸不受其他電磁幹擾影響，造成數據包丟失。

4)窄帶物聯網

N-IoT(窄帶物聯網)是3GPP標準化（huà）組織定義的技術標準，是專門為物聯網設計的窄帶通信（xìn）模式，工作帶寬為180 kHz。主要具有覆蓋廣、連接多、速度快、成本低(比（bǐ）一般4G模（mó）塊低50%)、功耗低(續航可達10年)、架（jià）構優秀、連（lián）接海量(與現有無線技術相比，NB-IoT可支持50 ~ 100次（cì）設備接入，覆蓋範圍提升（shēng）100倍。可以將數控機床的加工參數和影響運行可靠（kào）性的各種參數發送到數據信息（xī）平台，實（shí）現生產過程的（de）遠程實時（shí）監控。

5)5G移動網絡

第五代移動網絡(5G)是最新一代的蜂窩移動通（tōng）信（xìn）技術。與前四代（dài）不同，5G不是單一的無線技術，而是現有無線通信技（jì）術的（de）融合。目前LTE的（de）峰值速率可以達到100Mbps，5G的峰值速率將達到10Gbps，比4G高出100倍。與現有4G網絡有限的自發處理能力相比，5G引入了新型多天線、設備間直接通信、自組織網絡等先（xiān）進技術。通過更高的頻（pín）譜效（xiào）率和（hé）更多（duō）的（de）頻譜資源，提供了兩個優勢:一是數據傳輸速率遠高於現有蜂窩網絡，二是網絡（luò）延遲小於1ms。

麵向整體葉盤的5G解決方案

目（mù）前整（zhěng）體葉盤加工麵（miàn）臨的一大問題是加（jiā）工過程長，質量（liàng）難以監控，返工率通常高達25%。5G測試係統（tǒng）與整體葉盤（pán）上的傳感器（qì）連接（jiē），振動頻譜通過5G實時采集（jí）到評估係統。近1ms的超低延遲，使運維人員能夠通過振動及時定位生（shēng）產機械中相應的零件，從而快速調整生產流程，降低返工率。