數(shù)控機床遠程故障診斷系統(tǒng)研究

劉桂波,李　偉,齊建家,何文廣,孫玉芳

(黑龍江工程學院 機電工程學院,黑龍江 哈爾濱 150050)

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數(shù)控機床遠程故障診斷系統(tǒng)研究

劉桂波,李偉,齊建家,何文廣,孫玉芳

(黑龍江工程學院 機電工程學院,黑龍江 哈爾濱 150050)

摘要：針對國內數(shù)控機床由于需要異地廠家的現(xiàn)場技術支持所導致的開機不足、故障停機時間長的現(xiàn)狀，提出基于藍牙無線傳輸技術和Internet 的遠程故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)將現(xiàn)場采集的數(shù)據通過現(xiàn)場監(jiān)控中心計算機經由藍牙適配器和藍牙手機或無線上網卡與Internet網絡連接，發(fā)送給遠程故障診斷中心，從而實現(xiàn)專家遠程故障診斷。

關鍵詞：數(shù)控機床;遠程故障診斷;藍牙;Internet;LabVIEW

數(shù)控機床出現(xiàn)故障時需要廠家到達現(xiàn)場進行技術支持，因而普遍存在停機維修時間長，導致開機不足的問題。如果建立數(shù)控機床的遠程故障診斷系統(tǒng)就能夠借助網絡實現(xiàn)專家的虛擬到場，準確又快速地診斷故障原因，提高機床的使用率，降低由故障帶來的經濟損失。因此，建立數(shù)控機床的遠程故障診斷系統(tǒng)勢在必行。

1系統(tǒng)結構

遠程故障診斷系統(tǒng)由用戶端的現(xiàn)場監(jiān)控中心(遠程監(jiān)測現(xiàn)場的數(shù)據采集處理和單機處理系統(tǒng))、Internet網和遠程故障診斷服務中心三個部分組成。整個車間上層設置包括專家系統(tǒng)、數(shù)據庫的遠程故障診斷中心及連接上層系統(tǒng)的移動通信模塊。技術人員將采集的數(shù)據通過現(xiàn)場監(jiān)控中心計算機經由藍牙適配器和藍牙手機或無線上網卡與Internet網絡連接，發(fā)送給遠程故障診斷中心，并提請故障診斷及遠程信息咨詢等服務。其總體結構如圖1所示。

2無線網絡連接與通信

任何藍牙設備之間通信的建立都需要包括查詢、建立連接、鑒權、通信幾個過程。通信過程如下：

1)數(shù)據終端必須發(fā)現(xiàn)一個在無線范圍內的LAP(局域網訪問點)，當移動數(shù)據終端的一個應用要求接入局域網時，它先啟動服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議，向可以回應的LAP發(fā)出查詢請求。LAP此時作為SDP server(SDP是藍牙服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議)具有服務發(fā)現(xiàn)數(shù)據庫，里面記錄著接入點可以提供的服務及其屬性，SDP機制提取建立RFCOMM連接需要的所有服務信息。數(shù)據終端查詢到可用的服務信息后，開始建立連接，如果發(fā)現(xiàn)沒有需要的服務，則放棄本次連接請求。

圖1　現(xiàn)場監(jiān)控中心體系結構

2)建立連接。首先需要建立物理鏈路，如果不存在基帶物理鏈路，則DT在選擇LAP時請求一條基帶物理鏈路。在物理鏈路建立后的某點，設備執(zhí)行相互簽權。在鏈路上要求每個設備加密。

3)由底層向上，逐層建立PPP/RFCOMM/L2CAP連接(點到點協(xié)議/電纜替代協(xié)議/邏輯鏈路控制和適配協(xié)議)。

4)LAP可以使用—些合適的PPP鑒權機制。例如，LAP可以激發(fā)DT(數(shù)據終端)用戶對用戶自己進行鑒權。DT必須提供用戶名和密碼。如果使用了這些機制并且DT自己鑒權失敗，PPP鏈路關閉，此項是可選的。

5)連接建立之后，數(shù)據終端的應用在PPP連接之上傳送數(shù)據IP數(shù)據流。

6)任何時候，DT或LAP都可以終止已建立的連接。拆除各層連接的操作順序與建立時正好相反。

無線通信部分主要由無線傳輸模塊、射頻天線等組成。用藍牙模塊來完成數(shù)據和指令的空間傳輸。藍牙模塊將藍牙射頻單元、藍牙基帶控制器、鏈路管理器和HCI(主機控制接口)集成到1塊芯片上，通過RS-232、USB等總線接口實現(xiàn)HCI指令交換。

藍牙模塊為了滿足不同的通信標準，其內部設有不同的輸出接口。無論將其轉換成USB接口，還是232的串口，其與電腦通信的時候都是模擬串口的工作方式進行無線通信。電腦通過讀取藍牙模塊的串口信息，接收單片機發(fā)送的數(shù)據，之后將數(shù)據按字節(jié)分開，進行數(shù)制變換，最終通過顯示控件顯示到前面板上，同時，在每種類型的數(shù)據中(溫度、轉速、油壓)設定上下限，超差后，亮燈提示。

3用戶管理

用戶登錄框圖如圖2所示。用戶在進入軟件之后，需輸入賬號和密碼，賬號密碼都正確之后，用戶方能進入系統(tǒng)。賬號和密碼的比對方式是通過字符串比較，字符串轉變成十六進制數(shù)之后，比較兩個數(shù)的大小，若大小一樣，則認為密碼和賬號都正確，提示面板上顯示登錄成功，若大小不相等，則提示重新輸入。賬號和密碼的比對結果通過一個與運算實現(xiàn)其邏輯功能，即只有二者都正確，才能進入系統(tǒng)。

圖2　用戶登錄

為了簡便地顯示保存的數(shù)據，本設計中選擇表格形式的文檔進行數(shù)據保存，其文檔格式在Excel中可以被打開。隨著電子產品和通信技術的發(fā)展，3G、4G的普及指日可待，在有線網路出現(xiàn)故障的時候，通過手機向終端的服務器發(fā)送檢測到的數(shù)據，數(shù)據保存可以作為遠程故障診斷系統(tǒng)的備用方案。

本例由一個隨機發(fā)生數(shù)產生一系列隨機數(shù)，這些隨機數(shù)被寫入表格中，當網路出現(xiàn)問題的時候，在前面板的表格上單擊右鍵，在彈出的對話框中選擇數(shù)據→復制數(shù)據(或剪切數(shù)據)→將復制(或剪切)的數(shù)據粘貼到Excel表格中或是文本文檔中。如果網路沒有出現(xiàn)問題，系統(tǒng)會在第二次登錄時自動清除上一次的數(shù)據，或者有人為手動的清除。這種設計是在網路出現(xiàn)故障的情況時迫不得已的解決方案。具體如圖3所示。

4故障診斷專家系統(tǒng)

在系統(tǒng)檢測到有故障時，相當于布爾控件被置位，滿足條件結構中的“真”，系統(tǒng)開始執(zhí)行條件結構里滿足條件為“真”的程序；反之，如果沒有置位，則執(zhí)行條件為“假”的程序。本設計中條件結構是用來顯示故障可能的原因，所以，條件結構內的語句都是字符串形式，因字符串類型的數(shù)據不能同時輸出。因此，要有一個結構能夠整合這些字符串，即字符串連接函數(shù)(或控件)，使字符串能按照設定好的順序進行連接合并。因字符串的輸出是在一個大的條件結構內，其輸出作為整體輸出，如果在其中加入延時函數(shù)，讓其輸出時有打字的效果，則應在其它的程序結構內。當條件不滿足“真”時，系統(tǒng)執(zhí)行“假”的條件下的程序，本設計中條件“假”內為空的字符串通過條件結構外的字符串連接函數(shù)直接輸出，具體見圖4。

圖3　數(shù)據保存創(chuàng)建表格

圖4　故障提示

5專家會診等模塊

通過Web發(fā)布，實現(xiàn)遠程故障診斷，使得身處異地的工程師們就可以看到服務器上VIs的變化情況，從而實現(xiàn)專家遠程故障診斷。

配置好LabVIEW Web服務器，在瀏覽器的URL欄中輸入LabVIEW Web服務器所在計算機的網址，異地的工程師就可以訪問該服務器上發(fā)布的VIs和文檔,進而對數(shù)控機床的故障診斷提供遠程技術支持。

6結束語

本文討論了基于藍牙無線傳輸技術和Internet 的遠程故障診斷系統(tǒng)，建立了包括用戶端的現(xiàn)場監(jiān)控中心、Internet網和遠程故障診斷服務中心三層次結構的遠程故障診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)了基于藍牙的無線網絡連接與通信。

參考文獻

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[責任編輯：郝麗英]

Study on the remote default diagnose system for NC machine

LIU Guibo, LI Wei, QI Jianjia, HE Wenguang, SUNn Yufang

(College of Mechanical and Electrical Engineering, Heilongjiang Institute of Technology, Harbin 150050,China)

Abstract：In terms of the situation of insufficient operating time and long downtime of NC machine caused by not in time of onsite services from manufactures, a remote default diagnose system is promoted in the paper based on the Bluetooth wireless transmission technology and Internet. The computers in monitoring center can collect data on time by surfing the internet through Bluetooth mobile phone or wireless network card, and sent the information to the default diagnose center. Then the experts can diagnose the default of NC machine remotely.

Key words：NC machine;remote default diagnose;Bluetooth;Internet;LabVIEW

作者簡介：劉桂波(1974-)，女，講師，研究方向：機床電氣控制.

中圖分類號：TG659

文獻標識碼：A

文章編號：1671-4679(2016)01-0026-04

基金項目：哈爾濱市科技局科技創(chuàng)新人才研究專項資金項目(2013RFXXJ053)

收稿日期：2015-11-01