任何一个制造系统的终极目标都是为了生产合乎质量要求的有竞争力的产品．数控机床是集机、电、 液于一身的现代机电设备，具有技术密集和知识密集的特点．数控系统一旦发生故障，很难用传统 的监测及诊断方法来诊断和维修．现有设备的自动诊断系统，实质上只是个故障报警系统，对故障 诊断和定位在很大程度上有赖于人的经验．但基于Internet的故障诊断技术为解决上述问 题提供了一条有效的途径，在现有的设备状态监测和故障诊断技术的基础上，将计算机网络技术、 数据库技术和人工智能技术结合起来，形成远程故障诊断系统．基于因特网的远程协作诊断研究工 作最先是从医学领域开始的，１９８８年开放式远程医疗系统的概念在美国提出，人们普遍认为一 个开放式远程医疗系统应包括远程诊断、专家会诊、信息服务、在线检测和远程学习几部分。设备 故障诊断与人类的疾病诊断是相似的，从技术上说能实现远程医疗诊断也就能实现远程设备诊断。 １系统总体结构和功能一个完整的远程故障诊断系统，总体上是通过Internet网络，运用 Internet技术，将分布在不同地域的设备、监控系统、诊断系统和使用者联系起来，在系 统、人及它们之间进行设备状况信息，诊断决策信息等的快速传递，动态形成对设备的诊断服务网 络平台。在本系统中，由于华中I型数控系统的工作平台是纯DOS环境，由其直接连上公众网非 常的不便，同时，数控系统对实时性要求非常高，过多的附加功能会影响数控系统的性能，此外， 从设备的安全性来考虑，直接将设备连入公众网将使其受到攻击的可能大大增加。因此，我们将整 个系统划分为四个层次：①设备层。这一层的核心任务就是采集设备的状态信息，通过局域网送给 现场设备诊断服务器；②现场设备诊断服务器层。这一层的核心任务就是通过局域网接收设备层发 来的信息，利用数据库对设备信息进行整理存储，根据设备信息进行故障判断和诊断预处理以及配 合远程诊断中心进行故障诊断；③远程诊断中心。这一层接收现场设备诊断服务器层发来的诊断请 求和设备故障信息，通过故障诊断专家系统对设备进行诊断；④异地专家。异地专家在整个系统中 是一个特殊的层次，它不像前三个层次间有数据传递的递进关系，异地专家的作用是在远程咨询诊 断中，除了利用前三个层次搜集到的设备故障信息外，还可以通过视频和音频，更多的搜集设备信 息，在此基础上，利用自己的知识和经验进行诊断。整个系统总体结构如图１所示。图１系统总体 结构图２远程故障诊断系统的运行模式远程故障诊断系统可分为两种运行模式：系统辅助诊断和专 家咨询诊断。系统辅助诊断是指用户的设备一旦出现本身无法克服的故障，将自动连接现场设备诊 断服务器（如果它此时没有连接在现场设备诊断服务器上），现场设备诊断服务器在收到设备故障 信息后，进行诊断信息准备，然后连接远程诊断中心的故障诊断服务器，传输诊断信息，接收故障 诊断服务器的诊断结果，整个过程中，远程诊断中心由其诊断专家系统和领域专家参与，在客户端 的技术人员通过回答专家系统或者专家的提问来参与诊断过程，并根据反馈的诊断结果和维修指导 进行故障排除。专家咨询诊断是由客户现场技术人员、远程诊断中心和远程诊断中心指定的专家共 同进行的，其工作方式是由诊断中心、专家和客户共同商定诊断时间后，通过远程诊断中心，在约 定的诊断时间内，各专家和现场技术人员通过专家咨询诊断子系统进行包括白板，语音对话和数据 库查询等方式的信息交流。如果必要就由专家指导现场技术人员对设备进行测试，并实时监测，最 后专家根据协同诊断情况及监测信息做出诊断，远程诊断中心汇总专家的诊断结论，并传输至现场 和存入设备病历库。在本系统中，由于要求数控机床能够及时、自动的进行故障报告和故障信息的 传输，同时远程诊断中心也要能够及时、一定程度上自动的对故障进行诊断，反馈诊断结果。因此 ，本系统主要采用系统辅助诊断模式，同时对于一些系统辅助诊断无法满足其诊断需求的故障，辅 以专家咨询诊断。３系统软件的结构设计３．１系统的总体结构对应于远程监测与故障诊断系统的 两种运行模式和系统的总体结构，系统的软件结构采用B／S结构。这种结构根据Web服务器的 不同，可以有以下几种情况：（１）现场设备诊断服务器设置成为一个Web服务器这种方式下， 远程诊断中心或者异地远程专家主动，通过浏览器访问现场设备诊断服务器，并通过下载的Web 页面中的监控组件与远程诊断中心的诊断服务程序来交互，以响应现场设备诊断服务器故障预处理 程序发出的故障诊断要求。其优点是异地专家或诊断中心访问企业中各机床信息是不需要专用程序 ，只需要能上网即可，这种方式可以方便的实现多专家异地共同会诊。（２）远程诊断中心诊断服 务器设置成Web服务器这种方式远程诊断中心被动，异地诊断专家通过诊断中心与现场设备诊断 服务器连接，在这种方式下，诊断中心做成Web服务器，企业现场设备诊断服务器的管理人员可 以用浏览器主动的连上诊断中心，通过Web页面中包含的Applet（ActiveX控件） 通过提问式方式使用诊断中心的诊断服务程序；其优点是通信简单，企业和异地专家可以随时通过 浏览器访问诊断中心，不需要专用程序。３．２基于Browse／Server模式的系统设计 针对华中I型数控系统的实际使用情况，本系统由设备在线监控模块、现场设备诊断服务器、远程 诊断中心，技术支持人员和异地专家组成。我们利用华中I型数控系统的开放性，结合DOS下T CP／IP协议开发包WATTCP，为华中I型数控系统增加了基于TCP／IP协议的网络应 用功能。其结构如图２。图２华中I型数控系统的网络开发软件环境结构它可以分为以下两层：① 底层即数控系统网络应用内核。它包括数控系统中所有的共性问题，如多任务调度、插补运算、设 备驱动、PLC控制以及DOS下TCP／IP协议栈等。数控系统网络应用内核的各模块都具有 自诊断功能，并与网络模块集成在一起，便于向网络环境传送数控系统的各种状态信息。②上层。 网络数控应用程序开发接口。它提供了通过网络和数控系统进行信息交互的编程接口，用户可根据 自己的实际的需要，通过网络方便的和设备交互。根据应用需要，结合网络应用编程API，这里 将在线监测部分作为一个模块内嵌于数控系统。在线监测模块首先根据用户的设定连接现场设备诊 断服务器，然后通过与数控系统交互，采集设备当前的信息，如PLC的状态、当前正在加工的文 件名和当前错误信息等，传送给现场设备诊断服务器。同时，在线监测模块也能接收现场设备诊断 服务器发送的控制命令，然后传送给数控系统，从而控制设备。现场设备诊断服务器功能模块结构 见图３，它主要包括以下几个部分：网络通讯模块，需要同时处理设备和远程诊断中心间的通信； 设备管理模块，用于添加或者删除所控制的设备，建立与受控设备的网络连接；数据处理模块，用 于处理受控设备发送过来的数据，操纵数据库，存储、更新历史数据，进行诊断信息准备等。故障 处理模块，用于判别故障，发出故障诊断请求，处理诊断结果；咨询诊断服务模块，用于响应远程 专家咨询诊断的需要，包括对话板、语音和视频通讯等。图３企业设备诊断服务系统结构图其中， 数据管理中心是本系统的核心模块之一，它负责给每台由现场设备诊断服务器所控制的机床建立数 据库。它主要由三个数据库组成：历史数据库、设备特征数据库和故障数据库。历史数据库保存着 CNC运行时各测点参数的历史纪录，它是各种诊断模块必需的数据之一，也是很多监测模块需要 访问的数据源。当系统运行时实时的测点数据定期被接收到，加入到历史数据库中。但是由于对数 控设备来说，需要采集的信息量大，连续不停的采集将使得数据库规模急速膨胀，同时，过于陈旧 的信息对诊断的帮助并不大，因此，我们对历史数据库采取了定量更新的办法，对每一台设备，当 所采集到的信息量超过５０００条记录，即数据量超过８M时，将从第一条开始，用新的数据更新 数据库。设备特征数据库描述了关于数控机床结构特征的各种数据，包括输入输出设备、CNC装 置、伺服单元、驱动装置、PLC和机床本体的参数等等。所有这些参数，是根据数控机床生产厂 家提供的信息，保存在结构数据库中，供诊断使用。故障数据库可分为两部分：描述故障诊断结果 的历史记录；相应描述每次故障的现场数据。诊断数据库的记录是由各诊断模块提供的，它实际上 是CNC运行中的故障发生的历史记录库，记录了故障发生的时间、原因、解决方法等信息。４基 于PLC信息的诊断子系统的设计与实现在数控设备的各种类型的故障中，运动故障最为常见，发 生频率也比较高，它主要反映在系统的I／O上。数控设备通常具有一定的自诊断能力，主要由系 统PLC内的故障监控程序完成，并由此对系统运行过程中的一些硬件故障和程序软件故障提供错 误报警及故障信息的I／O显示。但是，仅仅利用PLC的I／O显示来判断故障部位，则要求维 修人员对运动过程和设备电气信号的传递关系非常熟悉，这样，普通维修人员很难做到。同时，从 前面数据结构的定义一节可知，远程诊断中心在现阶段所能获得的诊断信息主要就是设备报警号和 PLC信息。所以，建立基于PLC信息的诊断系统既是实现远程诊断实用也是可行的方案。以西 门子１５０－S型PLC为例。在这里，PLC的功能组成单元包括了程序存储器、输入过程映像 （PII）／输出过程映像（PIQ）、串行接口、寄存器、计时器、计数器、累加器、处理器以 及I／O总线等。PLC的工作过程中，输入模板中所送入的输入输出信号被循环扫描，并映像到 PII，同时处理器通信输入标志被修改，并由控制程序处理这个信息以及当前的标志、计时器和计数器数据。控制程序由单个语句串组成，处理器从程序存储器得到控制程序，并逐句处理，其结果写入PIQ。在处理器扫描程序后，它传送PIQ数据到输出模板，并传送处理器通信输出标志到通信处理器，以驱动设备运动。处理器在每次程序扫描启动时，启动监视周期。若扫描触发在一
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