排查DNC网络故障

故障现象

DNC（Distributed Numerical Control）称 为分布式数字控制，把与制造过程有关的设备(如数控机床等)与上层控制计算机集成起来，接入企业内部局域网，将零件NC加工代码上传到服务器统一进行管理，通过授权实现代码的上传和下载。这样数控设备就变成了TCP/IP网络的一个用户终端，实现了DNC网络与TCP/IP网络的数据传输与共享。但数控系统的多样性和数据传输的复杂性，导致DNC网络通讯故障不易定位和排查。

某日，接到车间数控技术员电话，说是有一台DNC设备不能从服务器下载零件的NC加工代码文件，但可以上传NC代码文件。由于本月生产任务急，希望能尽快解决。

故障分析

笔者单位的数控机床接入DNC网络主要有两种方式，一种最近几年购买的新机床，以网口直接接入；另一种是过去购买的老机床，用单串口服务器接入，每一单串口服务器对应一台数控加工设备，安装在机床控制柜或控制面板箱内，其一端通过RS-232C接口与数控机床的串口相连接，另一端通过RJ45接口直接连入企业局域网。DNC网络结构如图1所示。

图1 DNC网络结构图

DNC系统是将数控技术、计算机技术和网络技术等先进技术进行集成的软硬一体系统，发生故障的环节较多，故障原因难以确定。不能下载零件NC加工代码文件的故障表明DNC服务器与DNC设备不能正常通讯和进行数据交换，这可能是TCP/IP网络故障，也可能是DNC系统中负责机床通讯的端口设置不当等软件故障，必须从服务器端、机床数控系统以及局域网的硬件和软件等多方面一一进行排查。

本次发生故障的DNC设备是以单串口服务器接入DNC网络的,型号为MOXA NPort 5110（如图 2）。该串口服务器主要有两个作用：一是将来自TCP/IP协议数据包,解析为串口数据流，反之，也可以将串口数据流转换成TCP/IP协议数据包；二是提供了串口转网络功能，能够将RS-232串口转换成TCP/IP网络接口，实现了RS-232串口与TCP/IP网络接口的数据双向透明传输，连接网络进行数据通讯，扩展串口设备的通信距离。因此，串口服务器的故障直接影响DNC网络的通讯以及数据传输功能，必须将串口服务器也列入排查范围，只有正确配置串口服务器，才能确保协议转换和网络通讯正常。

故障排查

根据故障分析，笔者从TCP/IP网络和DNC系统两个方面进行故障排查。

1.TCP/IP网络

串口服务器NPORT 5110上Link指示灯代表网络连接状态，正常工作状态为绿色长亮；若熄灭，则表示DNC系统存在网络故障，此时应和网络管理员配合用测线仪等网络检测工具检查网络线路、各级交换机以及网络设置是否正确。

检测局域网物理连接的联通状态时，常使用Ping命令进行。与故障DNC设备相连的单串口服务器德IP地址是135.42.26.10。登录DNC服务器,打开CMD，运行“ping 135.42.26.10 -t”命令，命令能够被正确执行，LOST丢包率为%，没有丢包现象，相应时间TIME＜1ms,也没有延迟现象。以Web形式登录串口服务器的配置界面，检查IP地址、子网掩码等网络参数也符合要求。观察串口服务器NPORT 5110上Link指示灯长亮，说明局域网物理连接状态良好，可以排除网络故障。

图2 单串口服务器MOXA NPort 5110

2.通讯端口设置

串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位、奇偶校验和流控制。不同的数控系统的通讯端口参数设置不同。对于两个进行通讯的二进制串行端口，这些参数必须相同。

故障DNC设备的数控系统为FANUC 18M，系统通讯接口为RS-232C。串口通信参数如下：波特率为9600，数据位为7，停止位为2，奇偶校验为偶，流控制采用软件控制，XOn字符为“ASCII 17/ DC1”，XOff 字符为“ASCII 19 / DC3”。

经检查，DNC服务器的端口参数、串口服务器上的端口参数、数控系统上串口通信参数设置完全相同，符合FANUC系统的通讯要求；串口服务器的工作模式为Real COM Mode（虚拟串口），虚拟串口与对应的串口服务器也进行了IP绑定，可以排除端口设置不正确引起的通讯故障。

3.串口通讯电缆

排查到此，局域网通讯正常，DNC服务器端和设备端通讯端口设置、串口服务器工作模式配置正确，所有可能引起通讯故障的主要因素都已排查完毕，仍然没有定位故障的确切原因。

仔细回想一下，我发现自己还忽略了DNC网络的最后一段线路没有排查，这就是串口通讯电缆。串口通讯电缆用于串口服务器和机床数控系统的两个串口之间的通讯连接，串口通讯电缆的物理损伤或虚焊、接触不良都会导致通讯故障，看来必须对串口通讯电缆进行排查了。

故障解决

立即查阅了有关资料，对串口通讯电缆的通讯方式和接线方法进行了解。

该DNC设备采用的RS-232C接口是现代工业控制最常见的通讯接口，它是在1969年由美国电子工业协会（EIA）制定的，用于在数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间的串行二进制数据交换接口。最初为25针串口（DB25），后来简化为9针串口（DB9）。

表1 RS-232C串口通信接线方法（三线制）

串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现，最为简单且常用的是三线制接法（见表1），即GND信号地、RXD接收数据和TXD发送数据三脚相连。具体接法为：RXD接收数据针脚（或线）与TXD发送数据针脚（或线）相连，彼此交叉，GND信号地对应相接。

立即赶往车间，打开设备的电器控制柜，发现该机床使用的通讯电缆是采用屏蔽双绞线手工焊接的，双绞线一共有8根铜线，使用了其中3根，一端与九孔的串口转接座的引脚焊接后，再插入串口服务器MOXA NPort 5110的9针串口；另一端直接焊在设备的25针RS-232C的串口针脚上，其中有1根铜线脱落。

对照RS-232C串口通信接线方法表1，脱落的铜线与DB-25的RXD接收数据的引脚3相连。因此，当从DNC设备远程请求下载程序时，引脚3所连铜线脱落导致接收数据的线路物理故障，不能与服务器进行通讯，无法连接服务器接收数据,在数控系统中就看不到程序列表了，自然也就无法下载零件NC加工代码文件。而用于发送的TXD发送数据铜线物理联通正常，当然可以正常上传NC代码文件到DNC服务器了。

找来电工师傅，将设备断电后，把脱落的铜线与25针RS-232C串口相对应的针脚3焊好，重启设备后，上传和下载零件NC加工代码文件都取得了成功。到此，零件NC加工代码文件只能上传不能下载故障完全消失。

经验总结

此次DNC故障排查，从TCP/IP网络和DNC系统两个方面着手，综合分析，逐步推进，最后确定为DNC网络的最后一段通讯电缆的物理故障。学习和应用了数控技术、计算机网络技术和DNC系统等多种专业知识，受益非浅。笔者认为要想成为一个合格的DNC系统管理员需要掌握有关计算机网络技术和DNC数据通讯技术等多种专业知识，这样解决起问题来才会事半功倍，取得较好的效果。