数控机床作为一种加工精度高、自动化程度好的加工设备 ,目前在制造业中得到了越来越广泛的应用。但是数控机床的结构非常复杂 ,它由NC系统、进给系统、机械传动系统、冷却系统、润滑系统、电源和电机等许多子系统组成 ,而且故障现象和故障原因之间不是“一对一”的关系 ,而是“一对多”的关系 ,即一种故障现象可能是由多种故障原因引起的 ,而一种故障原因又可能引起多种故障现象。所以数控机床一旦发生故障 ,现场的工作人员通常无力解决 ,需要求助于异地生产厂家的技术人员或相关专家。但是由于地域原因 ,这些人员往往无法及时到位 ,这样会造成巨大的经济损失。采用远程诊断的模式可以通过计算机把现场数据及时地送到专家手中 ,就可以象专家在现场一样及时地做出诊断 ,并采取有效的措施加以补救<1> 。机械设备监测诊断的模式 ,经历了从单机监测诊断系统到分布式监测诊断系统 (DMDS) ,再到基于网络的远程监测诊断系统这样一个发展历程。信息高速公路的开通使故障诊断的网络化成为可能 ,已经出现了基于Internet的远程故障诊断系统。机械设备的远程监测与故障诊断系统 ,可以实现“移动的是数据而不是人”<2 > ,从而改变一旦设备发生故障 ,诊断人员就疲于奔命的被动局面。研究建立了数控机床远程故障诊断系统的主要框架 ,并对其三个子系统的功能和实现方法进行了深入的探讨。同时 ,对系统中的关键技术进行了详细的分析。1 数控机床远程故障诊断系统的主要框架建立的数控机床远程诊断系统由三个子系统构成 ,如图 1所示。它们是数控机床监测节点、监测控制系统和远程诊断中心。该系统可连续在线采集数控机床的特征数据 ,并根据需要分别在现场诊断节点和远程诊断中心进行机床故障诊断。当机床发生故障时 ,在线监测节点采集现场数据并进行分析 ,同时可以通过数据通信系统连接到远程诊断中心。远程诊断中心在接到诊断请求后 ,对接收到的信息进行分析、诊断。对有明确诊断结果的 ,直接将诊断结果返回给机床控制系统 ;对不能得出明确结果的 ,由诊断中心通知相关专家 ,进行远程协同会诊。在远程协同会诊中 ,所有的参与人员都通过远程诊断中心来进行交互。下面分别对各个系统的功能进行说明。1.1 数控机床监测节点机床监测节点组成包括传感器系统、数据采集系统、工控PC机系统、通信软件与硬件。监测节点的主要功能是根据需要采集机床的实时数据,并传送到监测控制系统中。1.2 监测控制系统监测控制系统包括数据通信服务器、诊断工作站、数据库服务器和网络服务器。它的主要功能是保存现场监测节点的数据 ,进行诊断或通过通信服务器连接到远程诊断中心。在监测控制系统中 ,采集的数据通过网络实时送往数据库服务器中保存和管理 ,数据库服务器同时对外提供采样数据访问服务的Web服务器程序。由于数据库服务器的数据吞吐量较大 ,工作任务繁忙 ,可设置备份数据库。数据库服务器中的应用软件为与机床监测节点通讯 ,并把数据写入数据库的服务程序、数据库管理系统和WWW服务程序等。诊断工作站可从网络上获取数据并完成故障诊断 ,以及历史数据的各种查询和分析。通信服务器则负责现场数据传送到监测控制系统 ,并根据需要建立与远程诊断中心的连接该监测控制系统采用浏览器工作模式 ,所有监测、分析和诊断软件都放在WWW服务器上 ,并通过WWW主页进行管理。用户通过主页访问WWW服务器 ,并启动内嵌在主页中的Java或JavaScript程序 ,然后由这些程序提供监测、诊断服务。访问某一主页则自动下载并启动其中的程序 ,离开该页面则程序自动删除。在监测控制系统中 ,工作站与服务器间距离短的用网卡组成局城网 ,距离长的用Modem组成局域远程登录系统。监测控制系统的诊断工作站到数据库服务器采用HTTP方式交换命令和数据 ,以保证系统的对外开放性 ,任何连网计算机终端都可对设备工作状态进行监测和对故障进行诊断。服务器和机床监测节点之间采用套接字方式传输命令和数据 ,以保证信号采集和数据传输的实时性。1.3 远程诊断中心远程诊断中心是整个系统的核心。它包括数台微机组成的网络系统和智能诊断与预测维修软件专家系统 ,运行于Windows 2 0 0 0网络环境。它与监测控制系统的互连采用基于Internet的连接 ,使得该系统具有很强的开放性和扩展性。主要提供的服务及实现如下 ;( 1)网络数据库查询。用户可根据自行编写的网上动态交互软件 ,使授权的企业用户能根据故障信息查询故障中心数据库 ,从而获取自己需要的诊断知识 (如故障原因、维修建议等 )。同时企业的维修反馈信息以及一些故障因果关系 ,也可在此录入以充实系统知识库 ;该部分软件采用C/S模式设计 ,用户在客户机用通用浏览器访问诊断中心站点 ,通过网页查询网络数据库 ,由诊断中心提取用户请求 ,并通过对数据库的访问把结果反馈给用户。图 1 数控机床远程诊断系统框架( 2 )诊断知识库管理。知识库管理模块的主要功能是负责知识的添加 ,整理并满足故障诊断分析的需要。建立诊断中心的知识库管理模块 ,可以汇总各地的诊断信息。因为对于诊断中心来讲 ,在其网络节点的设备 ,一旦发生故障都会求助于诊断中心 ,这将大大增加其知识的积累 ,同时诊断中心的专家可以随时方便地向数据库中增加自己的知识 ,对知识库进行挖掘和整理 ,促进诊断准确性的提高。( 3 )异地远程诊断。异地远程诊断分为实时诊断和远程传输诊断。这两者的主要区别在于 :实时诊断时专家可以通过网络会议系统与其他专家及现场技术人员一起实时讨论 ,并可根据需要进行实时监测 ,然后给出诊断结论。而采用远程传输诊断时 ,专家以现场监测节点的数据为依据进行分折判断 ,以E -mail方式将诊断结果反馈至监测控制系统。实时诊断的工作过程是 ,现场监测系统将监测信息及诊断申请报告传至远程诊断中心 ,诊断中心确定实时诊断时间 ,并通知有关专家。在约定的时间内 ,各专家和现场监测人员通过网络会议系统进行会诊讨论 ,诊断专家根据协同诊断情况及监测信息作出诊断结论并发送到现场。远程传输诊断的工作过程是 ,用户通过Internet可以HTTP、FTP协议或E -mail把遵循一定格式的数据文件送到诊断中心。诊断中心经分析后 ,把结果和维修建议以E -mail形式返回控制中心。其中通过E -mail的数据传送过程如下 :用户通过E -mail把数据发送到诊断中心指定的邮件信箱中 ,诊断中心通过检测软件定期上邮件服务器检查信箱中信件 ,若有数据则下传到本地数据库。利用数据库触发器功能 ,当有数据项记录添加入库后 ,自动启用智能分析软件对数据包进行诊断分析或者报警提示专家进行远程诊断 ,分析结果回传给用户指定的E -mail信箱。该系统的检测软件及E -mail软件的设计均采用POP3和SMTP协议。另外一种传输诊断的方式是利用WindowsNT提供的FTP服务 ,可在诊断中心建立FTP服务器。用户根据FTP协议把数据文件上传到诊断中心。第三种传输诊断的方式 ,是用户通过浏览器将数据文件 (如待诊断机床设备的振动数据文件 )传送到Web站点上。实现文件上载除了有浏览器和Web服务器的支持外 ,还必须编写具有上传功能的Web页面和服务器端文件接收程序。该系统用了CGI程序编写了UPLOAD程序。整个远程诊断系统采用了WWW客户 /服务器、浏览器 /服务器模式 ,将分布在不同地域的设备诊断资源连接在一起 ,从而实现故障诊断的广域网络化。2 系统实现的主要关键技术研究2 .1 网络数据库技术在该系统中 ,数据库服务器和诊断中心服务器配备微软公司的WWW服务器应用软件IIS(Internet InformationServer)。该套件可使用户在Internet上发布信息与提供服务,可使整个系统构成浏览器 /服务器模式 (B/S)。该系统采用IIS 3 .0上的ActiveServerPage(ASP)来存取广域网络数据库。此ASP中包含一种叫做ActiveXDataObject(ActiveX数据对象 ,简称ADO)的技术 ,该技术与ASP结合使用可具备存取数据库的功能。ADO通过ODBC驱动程序可连接多种支持ODBC的数据库 ,包括SQLServer、Oracle等。该系统采用SQLServer数据库 ,与它的接口采用两种形式。在第一种形式中 ,首先浏览器向Web服务器提出请求 ,Web服务器判断执行相应 .asp文件中的Script脚本。在Script程序中使用ADO对象 ,Web服务器会根据ADO对象所设置的参数 ,来访问数据库或通过ADO对象来发送SQL指令 ,进而达到存取数据库的目的。最后如果有数据必须显示在浏览器上 ,则Script程序会利用ASP所提供的输出对象送出数据 ;然后由Web服务器传送给浏览器。第二种访问数据库的方法是在Web客户端不是浏览器而是VB应用程序。由于ADO是访问数据库的重要对象 ,因此 ,对于想要访问Web数据库的程序而言 ,自然少不了它。但此时程序用的ADO是在客户端 ,其与ODBC分属两台通过因特网相连的机器 ,这时就用RemoteDataService(简称RDS)来实现两者的沟通。2 .2 数据实时传输技术该系统中 ,采样数据的实时传输是一个难题。为了实现数据的实时传输 ,该系统利用TCP/IPSocket网络接口构成了基于客户 /服务器 (C/S)的数据传输模式。套结字 (Socket)是基于TCP/IP协议的网络通讯基本单元。目前 ,比较常用的套结字分为流套结字 (SreamSockets)和数据报套结字 (DataGramSock ets)。数据报套结字的传输速度比流套结字的速度快
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