數(shù)控設(shè)備的遠程監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)設(shè)計

文/張志強

在機械工業(yè)中，數(shù)控設(shè)備屬于基本生產(chǎn)設(shè)備，能否維持穩(wěn)定運行將對機械制造產(chǎn)品生產(chǎn)效益產(chǎn)生直接影響。設(shè)計遠程監(jiān)控和故障診斷系統(tǒng)，能夠?qū)ΜF(xiàn)場數(shù)控設(shè)備進行實時管控，使設(shè)備處于良好運行狀態(tài)，從而使數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)精度和效率得到保證。因此，還應(yīng)加強系統(tǒng)設(shè)計研究，進而為數(shù)控生產(chǎn)加工提供保障。

1 數(shù)控設(shè)備遠程監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)原理

實現(xiàn)遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，目的在于確定數(shù)控設(shè)備運行狀況，從而及時進行設(shè)備故障檢測。結(jié)合設(shè)備故障情況，可以完成設(shè)備故障診斷分析，以便采取有效措施加強設(shè)備控制。所以在系統(tǒng)設(shè)計上，還應(yīng)通過準(zhǔn)確監(jiān)測確定數(shù)控設(shè)備是否發(fā)出報警信息，并在數(shù)控機床報警時發(fā)出報警，保證設(shè)備能夠得到及時維修，從而使設(shè)備的安全運行得到保證。針對數(shù)控設(shè)備，在現(xiàn)場運維人員難以進行故障診斷時，可以與系統(tǒng)建立連接，借助遠程診斷中心對設(shè)備故障進行診斷。診斷中心憑借故障診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)和先進故障診斷技術(shù)，能夠確定設(shè)備存在的故障，從而給出診斷結(jié)果。從系統(tǒng)的工作原理來看，系統(tǒng)將結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備具體請求與設(shè)備進行信息交互，實現(xiàn)與設(shè)備的通信連接，以便將設(shè)備故障信息傳輸?shù)焦收显\斷協(xié)作平臺上。在平臺提交診斷結(jié)果后，系統(tǒng)會將信息反饋至設(shè)備，實現(xiàn)設(shè)備控制管理。

2 數(shù)控設(shè)備遠程監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)設(shè)計分析

2.1 總體結(jié)構(gòu)框架

從系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架上來看，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)由遠程監(jiān)控終端、故障診斷中心、監(jiān)控客戶端、遠程通信模塊和控制模塊等構(gòu)成。在遠程監(jiān)控終端和監(jiān)控客戶端之間，可以采用B/S結(jié)構(gòu)實現(xiàn)連接，利用安裝的瀏覽器實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，使系統(tǒng)功能得以在服務(wù)器上集成，從而使系統(tǒng)開發(fā)得到簡化。監(jiān)控終端需要在現(xiàn)場安裝，用于與數(shù)控設(shè)備控制模塊連接，能夠?qū)υO(shè)備運行狀態(tài)信息進行采集，包含油壓、溫度、電流等，能夠獲得設(shè)備發(fā)出的報警信息和人員操作信息，然后將信息傳遞至故障診斷中心。故障診斷中心由多臺計算機和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成，屬于故障診斷平臺，能夠與遠程通信模塊相互通訊，并且與客戶端實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)獲得的信息，故障診斷中心能夠在數(shù)控設(shè)備發(fā)生故障時完成數(shù)據(jù)計算分析，并通過智能化判斷實現(xiàn)故障自動診斷?？蛻舳藶橛嬎銠C，能夠?qū)崿F(xiàn)診斷中心權(quán)限分配，為人員查詢數(shù)控設(shè)備狀態(tài)信息等數(shù)據(jù)提供支持。在系統(tǒng)通訊方面，主要采用遠程通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)異地通信，即采用3G網(wǎng)絡(luò)進行診斷中心與數(shù)控設(shè)備連接，利用以太網(wǎng)實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)控設(shè)備通訊連接。

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

考慮到數(shù)控設(shè)備數(shù)量眾多且類型多種多樣，使得在數(shù)控設(shè)備遠程監(jiān)控過程中需要采集大量不同類型的數(shù)控設(shè)備信號。因此面對龐大的信號量，本文在設(shè)計數(shù)控遠程監(jiān)控系統(tǒng)的過程中，選擇在監(jiān)控終端處設(shè)計使用1個用于串行通信的RS485接口與2個RS232接口，而為了能夠?qū)Σ杉玫降母黝愋盘栠M行統(tǒng)一轉(zhuǎn)化，使得所有信號格式均完全相同，便于后續(xù)系統(tǒng)對信號進行集中分析處理，本文在設(shè)計數(shù)控設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)時還設(shè)計使用了8路12位AD轉(zhuǎn)換接口，搭配使用8路開關(guān)量輸入接口，從而有效滿足各種信號采集需求。在該系統(tǒng)當(dāng)中，采用的AD轉(zhuǎn)換器具有功耗與噪聲相對較低，支持串行通信的特點，其中所使用的AD轉(zhuǎn)換芯片采用的便是串行接口單片式，其除了具備12位采樣精度的精密可編程增益放大器，同時還帶有精密參考電壓與4路差分/8路單端輸入通道。系統(tǒng)硬件部分中所設(shè)計的串行接口負責(zé)將該數(shù)控設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)，同機床控制系統(tǒng)進行相互連接，從而直接對系統(tǒng)當(dāng)中采集得到的數(shù)控設(shè)備工作與報警信息進行及時、準(zhǔn)確讀取。譬如CNC控制單元在與系統(tǒng)相互連接、單獨某一監(jiān)控終端中上位機缺乏足夠采集端口時，可直接利用串口擴展數(shù)據(jù)完成單元采集工作。而在本文所設(shè)計的數(shù)控設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)的電源模塊中，輸入電壓為24V，經(jīng)由轉(zhuǎn)換器在線轉(zhuǎn)換成三種不同電壓，分別為3.3V、4V與5V電壓，使得各電路電壓需求均可以得到相應(yīng)滿足。

系統(tǒng)的核心模塊中設(shè)計使用嵌入式微控制器RCM5700模塊，這主要是由于該模塊的工作主頻可以達到50MHz，具有性能高、功耗低等諸多優(yōu)勢特點。通過從相應(yīng)的板邊連接器中將微控制器模塊I/O總線引出，模塊母板上則牢固固定并行端口與串口。模塊中的接收功能與3.3V供電電壓的作用下，配合相關(guān)數(shù)字設(shè)備可以有效實現(xiàn)全部CMOS兼容接口。在系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計中，通過使用帶有標(biāo)準(zhǔn)接口且以太網(wǎng)完整的MAC，并將ISC1893作為以太網(wǎng)物理層接口，使得以太網(wǎng)能夠高效接入至系統(tǒng)當(dāng)中。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在軟件部分設(shè)計中，監(jiān)控終端軟件將利用GPRS或網(wǎng)絡(luò)連接的方式與監(jiān)控中心進行直接連接，將各項采集得到的設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控中心，同時對監(jiān)控中心發(fā)送的指令進行接收與解析，根據(jù)具體解析結(jié)果完成控制輸出即可。在編程設(shè)計中，本文選擇使用專業(yè)的編程軟件，同時引入?yún)f(xié)作多任務(wù)調(diào)度機制，確保多功能模塊可并行執(zhí)行，以有效提升其工作效率。

在系統(tǒng)軟件流程設(shè)計中，當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)過初始化后，如果系統(tǒng)已經(jīng)完成配置，此時通過設(shè)置串口且密碼正確的情況下，直接上傳本機配置參數(shù)并在系統(tǒng)配置模塊中循環(huán)進行系統(tǒng)參數(shù)配置操作。而在數(shù)據(jù)采集模塊中，如果系統(tǒng)初始化后系統(tǒng)并未完成配置，此時該模塊需要依次完成數(shù)據(jù)的采集與分析以及存儲操作。在網(wǎng)絡(luò)通信模塊中，系統(tǒng)首先需要對網(wǎng)絡(luò)連通狀態(tài)進行判斷，若網(wǎng)絡(luò)處于連通狀態(tài)，則直接進行數(shù)據(jù)的上傳與接收即可，反之則需要在建立網(wǎng)絡(luò)連接后再進行數(shù)據(jù)的上傳與接收。控制輸出模塊運行流程則是通過先對接收得到的監(jiān)控信息進行解析，而后再進行控制輸出。

3 結(jié)論

綜上所述，在數(shù)控設(shè)備運行過程中，采用遠程監(jiān)控和故障診斷系統(tǒng)能夠使設(shè)備保持可靠運行。利用系統(tǒng)對設(shè)備狀態(tài)進行監(jiān)控，能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備報警信息和異常狀態(tài)，并在現(xiàn)場維修人員無法判斷故障時采用系統(tǒng)進行設(shè)備故障準(zhǔn)確判斷和分析，加強設(shè)備控制管理，繼而使設(shè)備安全性得到增強，達到數(shù)控設(shè)備管理的經(jīng)濟性和可靠性要求。