數(shù)據(jù)傳輸是數(shù)據(jù)感知到應(yīng)用的必要環(huán)節(jié)，主要表現(xiàn)在基于通信技術(shù)的各種網(wǎng)絡(luò)中，依賴于物理設(shè)備的硬件互聯(lián)和通信網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議互通。其中硬件互聯(lián)是指數(shù)控系統(tǒng)通過各種硬件接口與外部通信模塊的連接，主要包括主流數(shù)控系統(tǒng)都有的RS232/422/485、USB、RJ45接口。隨著移動通信技術(shù)融入工業(yè)領(lǐng)域，移動通信網(wǎng)絡(luò)也廣泛應(yīng)用于工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸，如窄帶物聯(lián)網(wǎng)、4G/5G移動網(wǎng)絡(luò)等。協(xié)議互通是指通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進行的數(shù)據(jù)通信。一方面，數(shù)控系統(tǒng)通過各種現(xiàn)場總線協(xié)議與底層驅(qū)動程序進行通信，如以太貓、PROFINET、NCUC等。另一方面，數(shù)控系統(tǒng)通過各種互連通信協(xié)議與數(shù)據(jù)應(yīng)用程序傳輸數(shù)據(jù)。

1) RS232/422/485數(shù)控機床的互聯(lián)

串行通信簡單、成熟、可靠、成本低。一般通過串口服務(wù)器實現(xiàn)與計算機的網(wǎng)絡(luò)連接是數(shù)控機床最基本的數(shù)據(jù)傳輸方式。其中，串口服務(wù)器可以將RS232/422/485串口轉(zhuǎn)換為TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口，使數(shù)控機床具備基于串口的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口功能，實現(xiàn)RS232/422/485串口與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口之間的雙向透明數(shù)據(jù)傳輸。RS-232是數(shù)控機床最簡單的串行通信方式，是EIA(電子工業(yè)協(xié)會)制定的串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS232規(guī)定了電氣和物理特性，只作用于數(shù)據(jù)傳輸通道，不包含數(shù)據(jù)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?jǐn)?shù)控機床的聯(lián)網(wǎng)功能。因此，電信行業(yè)協(xié)會和電子行業(yè)聯(lián)盟共同定義并推出了RS485標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)采用差分傳輸方式，支持點對多點組網(wǎng)方案，從而實現(xiàn)一臺計算機與多臺數(shù)控機床之間的數(shù)據(jù)傳輸。具有抗噪聲干擾能力強、數(shù)據(jù)傳輸距離遠、設(shè)備組網(wǎng)操作簡單等特點。RS422的電氣性能與RS485完全一致。主要區(qū)別在于:RS485采用半雙工方式，常用于數(shù)控機床總線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸；RS422采用全雙工方式，數(shù)據(jù)發(fā)送和接收需要單獨的通道，一般適用于兩個站之間的星型網(wǎng)絡(luò)或環(huán)型網(wǎng)絡(luò)通信。

2)數(shù)控機床的USB互聯(lián)

USB(通用串行總線)是1994年底由許多世界著名的計算機和通信公司聯(lián)合制定的一種開放的新型通用串行總線標(biāo)準(zhǔn)。USB接口的集成使數(shù)控系統(tǒng)更加開放和靈活，可以在生產(chǎn)過程中根據(jù)需要動態(tài)增減外設(shè)。它主要有以下特點:

(1)易用性。USB支持通信設(shè)備的熱插拔和即插即用。

(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(shè)，支持一臺工控機對一條小型流水線上所有數(shù)控機床的控制。

(3)快速性。USB接口的傳輸速率高于RS232/422/485接口。目前USB已經(jīng)發(fā)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。USB總線具有可靠的硬件設(shè)計規(guī)范和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。其中USB驅(qū)動、接收器、線纜的硬件規(guī)范可以排除大部分可能造成數(shù)據(jù)錯誤的噪聲。USB協(xié)議的錯誤檢查和數(shù)據(jù)重傳機制可以最大程度地保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

(5)簡單性。USB總線內(nèi)置電源線，可以滿足大部分低功耗外設(shè)的電源需求，為數(shù)控機床邊緣設(shè)備的集成提供支持。

由于USB總線的上述優(yōu)點，在工業(yè)實時通信和控制中得到了廣泛的應(yīng)用，如示教盒與控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸、動態(tài)圖像的實時傳輸?shù)取Ｔ跈C器人系統(tǒng)中。

3) RJ45數(shù)控機床互聯(lián)

RJ45接口是目前數(shù)控機床常用的以太網(wǎng)接口。它通過RJ45連接器(俗稱“網(wǎng)絡(luò)連接器”)將數(shù)控機床快速連接到工業(yè)以太網(wǎng)。RJ45信號電纜由網(wǎng)狀編織屏蔽層屏蔽，內(nèi)部布線中的差分電纜通常采用雙絞線傳輸。電纜兩端需要加磁環(huán)，磁環(huán)內(nèi)徑要與電纜外徑緊密結(jié)合。RJ45電纜布線時，要求遠離其他強干擾源，如電源模塊。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(shù)控機床的數(shù)據(jù)傳輸不受其他電磁干擾影響，造成數(shù)據(jù)包丟失。

4)窄帶物聯(lián)網(wǎng)

N-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))是3GPP標(biāo)準(zhǔn)化組織定義的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是專門為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計的窄帶通信模式，工作帶寬為180 kHz。主要具有覆蓋廣、連接多、速度快、成本低(比一般4G模塊低50%)、功耗低(續(xù)航可達10年)、架構(gòu)優(yōu)秀、連接海量(與現(xiàn)有無線技術(shù)相比，NB-IoT可支持50 ~ 100次設(shè)備接入，覆蓋范圍提升100倍?？梢詫?shù)控機床的加工參數(shù)和影響運行可靠性的各種參數(shù)發(fā)送到數(shù)據(jù)信息平臺，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的遠程實時監(jiān)控。

5)5G移動網(wǎng)絡(luò)

第五代移動網(wǎng)絡(luò)(5G)是最新一代的蜂窩移動通信技術(shù)。與前四代不同，5G不是單一的無線技術(shù)，而是現(xiàn)有無線通信技術(shù)的融合。目前LTE的峰值速率可以達到100Mbps，5G的峰值速率將達到10Gbps，比4G高出100倍。與現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)有限的自發(fā)處理能力相比，5G引入了新型多天線、設(shè)備間直接通信、自組織網(wǎng)絡(luò)等先進技術(shù)。通過更高的頻譜效率和更多的頻譜資源，提供了兩個優(yōu)勢:一是數(shù)據(jù)傳輸速率遠高于現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)，二是網(wǎng)絡(luò)延遲小于1ms。

面向整體葉盤的5G解決方案

目前整體葉盤加工面臨的一大問題是加工過程長，質(zhì)量難以監(jiān)控，返工率通常高達25%。5G測試系統(tǒng)與整體葉盤上的傳感器連接，振動頻譜通過5G實時采集到評估系統(tǒng)。近1ms的超低延遲，使運維人員能夠通過振動及時定位生產(chǎn)機械中相應(yīng)的零件，從而快速調(diào)整生產(chǎn)流程，降低返工率。