數控機床測頭（在機測量）的新一代數據傳輸（shū）技（jì）術

數據傳輸是數據感知到應用（yòng）的必要環節，主要表現在基於通信技術（shù）的各種網（wǎng）絡中，依賴於物理設備的（de）硬件互聯和通信網絡的協議互通。其中硬件互聯是指數（shù）控係統通過各種硬件（jiàn）接口與（yǔ）外部通（tōng）信模塊的連（lián）接，主要包括主流數控係統都有的RS232/422/485、USB、RJ45接口。隨（suí）著移動通信技術融入工業領域，移動通信網絡也廣泛應用於工業數據傳輸，如窄帶物聯網、4G/5G移動網絡等。協議互通是指通過標準協議進行的數據通信。一方麵（miàn），數控係統通過各種現場總線（xiàn）協議與底層驅動程序進行通信，如（rú）以太貓、PROFINET、NCUC等。另一（yī）方麵，數控係（xì）統通過各種互連通信協議與（yǔ）數（shù）據應用程序傳輸數據（jù）。

1) RS232/422/485數控機床的互（hù）聯

串行通信簡單、成熟、可靠、成本低。一般通過串口服務器實現與計算機的網絡連接是數控機床最基本的（de）數據傳輸方（fāng）式。其中，串口服（fú）務器可以將RS232/422/485串口轉換為TCP/IP網絡接口，使數控機床具備基（jī）於串（chuàn）口的TCP/IP網（wǎng）絡（luò）接口功能，實現RS232/422/485串口與TCP/IP網絡（luò）接口之間的雙向透（tòu）明數（shù）據（jù）傳（chuán）輸（shū）。RS-232是數控機床最簡單的（de）串行通信方（fāng）式，是EIA(電子工業協會)製定的串行物理接口標準。RS232規定了電氣和物（wù）理特（tè）性，隻作用於數據傳輸通道（dào），不包含數據處理方式。也就是說，RS232接口可以實現（xiàn）點對點的通信，但是不能支持數控機床的（de）聯（lián）網功能。因此，電信行業協會和電子行業聯盟共同定義並推出了RS485標準，該標準（zhǔn）采用差分傳輸方式，支持（chí）點（diǎn）對多點組（zǔ）網方案，從而實現一台計算機與多台數（shù）控機床之間的（de）數據傳輸。具有抗噪（zào）聲幹擾能（néng）力強（qiáng）、數據傳輸距離遠、設（shè）備組網操作（zuò）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（cǎi）用半雙工方式，常用於數控機床總線（xiàn）網絡的數據傳輸（shū）；RS422采用全雙工方式，數據發送和接收需要單獨的通道，一般適用於兩個站之間的星型（xíng）網絡或環型（xíng）網絡（luò）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（shì）界著名的計算機和通信公司聯合製定的一種開放的新型通用串行（háng）總線標準。USB接口（kǒu）的集成使數控係統更加開放和靈活，可以在生產過程中根據需要動態增減（jiǎn）外設。它主（zhǔ）要有以下特點（diǎn）:

(1)易用性。USB支持通信設備的熱插拔和即插即（jí）用。

(2)可擴展性。理論上，通過使用USB hub，一（yī）條USB總線可（kě）以連（lián）接127個外設，支持一台工控機對一條小型流水線上所（suǒ）有數控機床的控製。

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

(4)可靠性（xìng）。USB總線具有可靠（kào）的硬件設計規範和數（shù）據傳輸（shū）協議。其（qí）中USB驅動、接收器、線纜（lǎn）的硬件規範可以排除大部（bù）分可能造成數據錯誤的噪聲。USB協議的錯（cuò）誤檢查和數據重傳機製可以最大程度地保證數據（jù）傳輸的準確性。

(5)簡單性。USB總線內置電源（yuán）線，可以滿足大部（bù）分低功耗外設（shè）的（de）電源（yuán）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，在工業實時通（tōng）信和控製中得到了廣（guǎng）泛的應用，如示教盒與控製器之間的數（shù）據傳輸、動態圖像的實時傳輸（shū）等。在機器人係統（tǒng）中。

3) RJ45數控機床互（hù）聯

RJ45接口是目前數控機床常用的以太網接口（kǒu）。它通過RJ45連接（jiē）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信號電纜（lǎn）由網狀編（biān）織屏蔽層屏蔽，內部布線中的差分（fèn）電纜通常（cháng）采（cǎi）用雙絞線傳輸。電纜兩端需（xū）要加磁環，磁環內徑要與電纜外（wài）徑緊（jǐn）密結合。RJ45電纜（lǎn）布線時，要求（qiú）遠離其他強幹擾源，如電源模塊。最好單獨布線或（huò）與其他模擬、電源電纜保持10cm以上的距離，以保（bǎo）證（zhèng）數控機床的數據傳輸（shū）不受其他（tā）電磁幹擾影響，造成數據包丟（diū）失。

4)窄帶物聯網

N-IoT(窄（zhǎi）帶物聯網)是3GPP標準化組織（zhī）定義的技術（shù）標準，是（shì）專門為物聯（lián）網（wǎng）設計的窄帶通信模（mó）式，工作帶寬為180 kHz。主要具有（yǒu）覆蓋廣、連接多、速度快、成本低(比一般4G模塊低50%)、功耗低(續航（háng）可達（dá）10年)、架構優秀、連接海量(與（yǔ）現有無線技術相比，NB-IoT可支持50 ~ 100次設備接入，覆蓋範圍提升100倍。可以將數控機床的（de）加（jiā）工參（cān）數（shù）和影響運行可靠（kào）性的各種（zhǒng）參數發送到數據信（xìn）息平（píng）台，實現生產過程的遠程實時監控。

5)5G移動網絡

第五（wǔ）代移動網絡(5G)是最新一代的蜂窩移動通信技（jì）術。與前四代不同，5G不是單一的無線技術，而是現有無線通信（xìn）技術的融合。目前LTE的峰值速率可以（yǐ）達到100Mbps，5G的峰值（zhí）速率將達到（dào）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、自組織網絡等先進技術。通過更（gèng）高的頻譜效率和更多的頻譜資源，提（tí）供了兩個（gè）優勢:一是數據傳輸速率遠高（gāo）於現有蜂窩網絡，二是網絡延遲小於1ms。

麵向（xiàng）整體葉盤的5G解決方案

目前整體葉盤加工麵（miàn）臨的（de）一大問題是加工過程長，質量難以監控，返工率通常高達（dá）25%。5G測試係統（tǒng）與整體葉盤（pán）上的（de）傳感器連接，振動頻譜通過5G實時采集到評估係統。近1ms的超低延遲，使（shǐ）運維人員能夠通過振動及時定位生產機械中相應的零件，從而快速調整生產流（liú）程，降低返（fǎn）工（gōng）率。