CN102566503A - 一种数控机床远程监控与故障诊断系统 - Google Patents

一种数控机床远程监控与故障诊断系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数控机床远程监控与故障诊断系统，包括信息采集模块、信息传输模块和远程服务管理与专家系统模块，其中，所述信息采集模块用于采集数控机床的状态信息数据，并通过所述信息传输模块，利用网络将数据将远程传输到所述远程服务管理与专家系统模块，该远程服务管理与专家系统模块对传输过来的数据进行处理，获得处理结果并返回给故障机床，实现对数控机床的远程监控与故障诊断。本发明的远程监控与故障诊断系统，可以实现任何GPRS信号覆盖地域的数控机床设备的故障诊断和监控，实现机床故障诊断系统的无线和有线网络的无缝连接，对装有该故障诊断系统的机床进行全方位全天候的诊断服务。

Description

一种数控机床远程监控与故障诊断系统
技术领域
本发明涉及远程监控与故障诊断技术领域，具体是一种数控机床的远程监控与智能化故障诊断系统。
背景技术
数控机床是一种集机、电、液于一体的现代机电加工设备。由于数控技术本身的复杂性，加上数控控机床机械加工工艺的多样性和加工零件的复杂性，使数控系统的规格、种类差异极大，控制参数复杂，因此，一旦数控机床发生故障，对其进行故障诊断和维修将是一项专业性很强的工作，很多时候需要依靠生产厂家的支持才能解决，这就导致故障机床经常得不到及时的维修，延长了机床的故障停机时间，降低了机床的效率。
现有的数控机床远程监控和故障诊断系统多采用internet或intranet接入的方式，这种两种方式都需要铺设专用电缆或光纤，由于机床销售遍布全国各地，铺设专用线路投资成本较高，所以急需一种利用现有廉价的公用无线网络进行数控机床的远程监控和故障诊断。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数控机床远程监控与故障诊断系统，解决目前的数控机床远程监控和故障诊断系统成本高，需要专用网络，诊断精度和实时性不够以及故障解决方案欠缺等问题。
本发明所述的数控机床远程监控与故障诊断系统由信息采集模块、信息传输模块、远程服务管理与专家系统模块三个模块组成。信息采集模块采集机床状态信息，并通过信息传输模块和互联网将数据传输到远程服务管理与专家系统模块，远程服务管理与专家系统模块对传输过来的信息进行推理，得出推理结果和维修措施后返回给故障机床。
所述的信息采集模块由DSP主控器、输入输出子模块和传感器组成。DSP主控器是数控机床状态监控和信息处理的核心，其主要具备的功能是：对传感器输入的信号进行实时采集和数据处理，对机床电气开关量信号进行监控和处理，获取电机的工作状态和参数以及故障代码，与现场诊断和监控设备进行数据交换，接收参数调整指令，对机器参数和机器状态、机器故障进行记录，与输入输出子模块进行数据交换和控制，将获得的机床数据发送给远程信息传输模块，响应服务器的数据请求和控制命令。DSP主控器的日历时钟为机床提供了工作小时和事件记录的基准。
所述的输入输出子模块主要功能：通过液晶显示器显示机器的主要工作参数，如：冷却液温度；变矩器油温；转速及变速箱档位等重要参数。显示机器故障代码，对故障分级别进行报警。提示操作者进行远程故障诊断时的操作步骤。定期与DSP主控器进行数据交换，定期保养提醒等。可提供7种显示参数显示远程的诊断结果和维修建议。
所述的传感器模块的主要作用是通过选取各种传感器，如运用温度、压力及液位传感器，对机床液压系统进行实时检测，运用电压、电流传感器检测机床电路数据，同时采用力学传感器检测机床主轴及导轨加速度及震动频率，运用多信息融合技术，提取机床整体及零部件的有效状态数据，从而为系统的故障诊断提供可靠的数据。
所述的信息传输模块分为单机部分和服务器部分。其中单机部分主要由数据转换子模块、GPRS处理子模块和主控模块构成。数据转换模块将从DSP主控器接收到的数据转换成GPRS IP Modem可以识别的格式，并封装成服务器端易于处理的结构。GPRS处理模块维护与服务器部分的连接，保证数据发送到服务器部分，并接收维修反馈信息。主控模块用于控制相应模块按序启动，并定期检测各种状态保证各模块的正常工作顺序。
所述的服务器部分主要由界面处理子模块、网络接收子模块、数据库处理子模块、线程处理子模块构成。所述界面处理子模块提供对已连接数控机床及接收到数据的实时显示，并提供针对指定数控机床的服务请求操作功能。所述线程处理子模块，用于建立数控机床和服务器部分的远程连接，维护各个线程的状态并实现其与界面处理子模块的交互。所述网络接收模块保持线程处理子模块传递过来数据的连接，并使用该连接与数控机床中的单机部分进行数据收发。所述数据库处理模块为了适应将来的变化，将数据库操作及每台数控机床的维修数据进行封装存储，同时可以操作任意数据库中的数据。
所述的信息传输模块工作原理为：主控模块通过与DSP主控器进行信息交互，请求或被动接收数控机床的状态数据，将数据转换成GPRS IP Modem可以传输的格式，并由GPRS IP Modem传送到Internet，信息中心为连接在Internet上的服务器，远程信息传输模块的服务器部分就安装在信息中心的服务器上，首先通过线程处理子模块实现队列机床连接，网络接收子模块用于实现机床信息的接收，界面处理子模块实时显示已连接机床数据传输状态，数据库处理子模块将接收的数据进行封装存储，从而为远程故障专家系统提供检测数据。GPRSIP Modem与信息中心之间是C/S结构，可以有多个Modem同时连接到信息中心进行数据传输。
所述的远程故障专家系统是本发明的主要内容。主要由数据提取子模块、数据分析子模块、推理机子模块、故障对策子模块、知识管理子模块、知识库、推理过程解释子模块和黑板构成。所述数据提取子模块主要负责从远程服务管理系统提取已确定服务机床的机床信息，以及提取存储在信息服务中心上的机床检测数据；所述解释子模块主要负责处理用户提出的各种问题，向用户解释诊断推理依据，增加系统的透明度。所述数据分析子模块对检测所得的故障数据进行分析处理，提出故障数据特征点。所述标准数据库存放设备正常工作时的各种标准数据，将标准数据与检测所得的故障机床数据进行对比以判断机床的故障部位，是判断故障信息的重要依据；所述故障对策子模块针对诊断结果，根据推理机子模块407的推理诊断结果，运用知识库中所存储的故障处理知识，提供相应的故障处理措施；所述知识管理子模块提供输入、删除、修改、查询等管理功能，使用户不必了解知识库的内部结构即可方便地修改和扩充知识库，提高了系统的可扩展性。所述推理机根据当前获取的检测数据，利用知识库中的诊断知识，模拟人类专家解决问题的方式对设备存在的故障进行推理诊断，并给出诊断结果。它不仅设备当前存在的故障，还能根据历史数据对设备过去某一时刻的运行状态进行诊断；所述知识库也是系统核心内容之一，用于存储领域专家的专门知识，包括故障诊断方法、故障处理方法与规则等，结合知识管理子模块使得该知识库具有自动知识积累和知识获取功能。所述黑板主要用于存放系统运行过程中产生的中间数据。
本发明的系统对从数控机床传递上来的检测信号进行时域、频域处理，提取信号基本特征，再根据信号基本特征采用人工智能方法进行推理与无故障知识库知识匹配，确认是否发现故障。如发现故障将采用人工智能方法进行推理进一步诊断故障。智能化数控机床实时采集反映机床状态的各种信息，并能按照标准格式将这些信息以有线或无线方式与专家系统进行数据交换。
本发明的数控机床的远程监控与故障诊断系统通过现行覆盖面广的GPRS移动网络与internet实现连接，使数控机床的远程监控与故障诊断技术更加易于实现，同时本发明采用具有自学习功能的人工智能技术对数控机床的故障进行诊断和推理，实现数控机床的远程故障监控与智能化诊断。本发明的优点和效果是：
1.本发明的远程监控与故障诊断系统，可以实现任何GPRS信号覆盖地域的数控机床设备的故障诊断和监控，实现机床故障诊断系统的无线和有线网络的无缝连接，对装有该故障诊断系统的机床进行全方位全天候的诊断服务。
2.本发明的远程监控与故障诊断系统，采用专家系统对系统采集的数控机床检测数据进行诊断，建立完备的诊断知识库，可以实现故障机床的快速准确诊断，该系统还具有自学习功能。
3.本发明的远程监控与故障诊断系统采用模块化设计，功能简单。
附图说明
图1为本发明信息流程图；
图2为本发明信息采集模块结构图；
图3为本发明信息传输模块总体结构图；
图4为本发明远程故障诊断专家系统模块结构与关系框图；
图5故障诊断专家系统诊断流程。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明所述数控机床远程监控与故障诊断系统由信息采集模块、信息传输模块、远程服务管理与专家系统模块三个模块组成。信息采集模块采集机床状态信息，并通过信息传输模块和互联网将数据传输到远程服务管理与专家系统模块，远程服务管理与专家系统模块对传输过来的信息进行推理，得出推理结果后返回给故障机床。
所述机载信息采集模块由DSP主控器201、输入输出子模块202和传感器203组成。DSP主控器201是数控机床状态监控的和信息处理的核心，其主要具备的功能是：对传感器203输入的信号进行实时采集和数据处理，对机床电气开关量信号进行监控和处理，获取电机的工作状态和参数以及故障代码，与现场诊断和监控设备进行数据交换，接收参数调整指令，对机器参数和机器状态、机器故障进行记录，与输入输出子模块202进行数据交换和控制，并将获得的机床数据发送给远程信息传输模块，同时响应信息中心服务器的数据请求和控制命令。DSP主控器201的日历时钟为机床提供了工作小时和事件记录的基准。
所述输入输出子模块202主要功能是：通过液晶显示器显示机器的主要工作参数，如：冷却液温度；变矩器油温；转速及变速箱档位等重要参数。显示机器故障代码，对故障分级别进行报警。提示操作者进行远程故障诊断时的操作步骤。定期与DSP主控器201进行数据交换，定期保养提醒等。可提供7种显示参数显示远程的诊断结果和维修建议。
所述传感器模块203的主要作用是通过选取各种传感器，如运用温度、压力及液位传感器，对机床液压系统进行实时检测，运用电压、电流传感器检测机床电路数据，同时采用力学传感器检测机床主轴及导轨加速度及震动频率，在获取信息基础上运用多信息融合技术，准确呈现机床整体及零部件的有效状态数据，从而为系统的故障诊断提供可靠的数据。
所述信息传输模块分为单机部分和服务器部分。单机部分主要由主控模块301、数据转换模块302和GPRS处理模块303构成。所述主控模块301按序启动相应模块，定期检测各种状态，保证各模块的正常工作顺序。所述数据转换模块302将总线上接收到的数据转换成GPRS Modem可以识别的格式，并封装成服务器端易于处理的结构。所述GPRS处理模块303维护与服务中心的连接，保证数据发送到服务中心并接收维修反馈信息。
所述服务器部分主要由界面处理子模块305、网络接收子模块306、数据库处理子模块307、线程处理子模块304构成。所述界面处理子模块305提供对已连接数控机床及接收到数据的实时显示，并提供针对指定数控机床的请求功能。所述线程处理子模块304，用于建立数控机床和服务器部分的远程连接，维护各个线程的状态并实现其与界面处理子模块的交互。所述网络接收子模块306保持线程处理子模块传递过来数据连接，并使用该连接与数控机床中的单机部分进行数据收发。所述数据库处理子模块307为了适应将来的变化，将数据库操作及每台数控机床的维修数据进行封装存储，同时可以操作任意数据库中的数据。
所述信息传输模块工作原理和工作过程是：主控模块301通过总线接口与传感器控制节点交互，请求或被动接收传感器203采集的机器状态数据，将数据转换成GPRS IP Modem可以传输的格式，由GPRSIP Modem(与控制模块之间通过RS232相连)传送到Ihternet，信息中心为连接在Internet上的服务器，从而实现对数控机床的远程状态检测。GPRS IP Modem与信息中心之间是C/S结构，可以有多个Modem同时连接到信息中心进行数据传输。
所述远程服务管理与专家系统是由远程服务管理系统、远程诊断专家系统组成。所述远程服务管理系统的主要作用有：读取已售相关数控机床信息(如机型，售后时间，销售地域等)；接收数控机床主动提出的远程服务申请，并根据情况决定是否为其进行远程服务，确定服务顺序并向远程诊断专家系统提出状态检测与故障诊断请求；提取远程故障专家系统的诊断结果及维修建议，并发送给信息服务中心；存储数控机床的工况及故障信息。读取内部信息系统中整机档案(各种不同的配置)，读取出厂检验时的信息(如果对以后的诊断有用)，或者出厂前先用本系统读取一次信息备查。
所述远程故障专家系统是本发明的主要内容。主要由数据提取子模块401、解释子模块402、数据分析子模块403、标准数据库子模块404、故障对策子模块405、知识管理子模块406、推理机407、知识库408以及黑板409构成。
所述数据提取子模块401主要负责从远程服务管理系统提取已确定服务机床的机床信息，以及提取存储在信息服务器部分上的机床检测数据；
所述解释模块402主要负责处理用户提出的各种问题，向用户解释诊断推理依据，增加系统的透明度。
所述数据分析模块403对检测所得的故障数据进行分析处理，提出故障数据特征点。
所述标准数据库子模块404存放设备正常工作时的各种标准数据，将标准数据与检测所得的故障机床数据进行对比以判断机床的故障部位，是判断故障信息的重要依据；
所述故障对策子模块405针对诊断结果，根据推理机子模块407的推理诊断结果，运用知识库中所存储的故障处理知识，提供相应的故障处理措施；
所述知识管理子模块406提供输入、删除、修改、查询等管理功能，使用户不必了解知识库的内部结构即可方便地修改和扩充知识库，提高了系统的可扩展性。
所述推理机子模块407是诊断系统核心内容之一。根据当前获取的检测数据，利用知识库中的诊断知识，模拟人类专家解决问题的方式对设备存在的故障进行推理诊断，并给出诊断结果。它不仅设备当前存在的故障，还能根据历史数据对设备过去某一时刻的运行状态进行诊断；所述知识库408也是系统核心内容之一，用于存储领域专家的专门知识，包括故障诊断方法、故障处理方法与规则等，该知识库具有自动知识积累和知识获取功能。所述黑板409主要用于存放系统运行过程中产生的中间数据。

Claims (9)

1.一种数控机床远程监控与故障诊断系统，包括信息采集模块、信息传输模块和远程服务管理与专家系统模块，其中，所述信息采集模块用于采集数控机床的状态信息数据，并通过所述信息传输模块，利用网络将数据将远程传输到所述远程服务管理与专家系统模块，该远程服务管理与专家系统模块对传输过来的数据进行处理，获得处理结果并返回给故障机床，实现对数控机床的远程监控与故障诊断。
2.根据权利要求1所述的一种数控机床远程监控与故障诊断系统，其特征在于，所述的信息采集模块包括DSP主控器(201)和传感器(203)，其中，数控机床的状态信息通过布置在机床上的所述传感器(203)获取，并传送到所述DSP主控器(201)，该DSP主控器(201)对传感器(201)输入的数据进行实时采集和处理，再输出到所述信息传输模块。
3.根据权利要求1或2所述的一种数控机床远程监控与故障诊断系统，其特征在于，所述机床状态信息数据包括机床电气开关量信号，机床电机的工作状态和参数，机床液压系统压力、温度及液位，以及机床主轴震动频率。
4.根据权利要求1-3之一所述的一种数控机床远程监控与故障诊断系统，其特征在于，所述信息传输模块包括单机部分和服务器部分，单机部分接收所述信息采集模块输入的状态信息数据，经数据转换处理后通过网络传输到服务器部分，该服务器部分接收数据并进行数据处理和存储，用于提供给所述远程服务管理与专家系统模块。
5.根据权利要求4所述的一种数控机床远程监控与故障诊断系统，其特征在于，所述单机部分包括数据转换子模块、GPRS处理子模块和主控模块，其中，所述数据转换模块将所述信息传输模块接收到的数据转换成相应格式并封装，并通过所述GPRS处理子模块发送到服务器部分，所述主控模块用于所述控制数据转换子模块和GPRS处理子模块。
6.根据权利要求4或5所述的一种数控机床远程监控与故障诊断系统，其特征在于，所述服务器部分包括界面处理子模块(305)、网络接收子模块(306)、数据库处理子模块(307)和线程处理子模块(304)，其中，
所述界面处理子模块(305)用于对单机部分发送的数据进行实时显示；所述线程处理子模块(304)用于通过单机部分建立数控机床与服务器部分的远程连接，并实现与所述界面处理子模块(305)的交互；所述网络接收子模块(306)用于维持所述线程处理子模块(304)的远程连接，并利用该连接与数控机床和单机部分进行数据传输；所述数据库处理子模块(307)用于存储单机部分发送的数控机床的数据，以用于所述远程服务管理与专家模块。
7.根据权利要求1-6之一所述的一种数控机床远程监控与故障诊断系统，其特征在于，所述远程服务管理与专家模块包括远程服务管理子模块和远程诊断专家子模块，该远程服务管理子模块根据用户请求向远程诊断专家子模块提出状态检测与故障诊断请求，该远程诊断专家子模块根据服务器部分上的数控机床数据实现对机床的检测和诊断，并通过所述远程服务管理子模块将诊断结果发送到服务器部分。
8.根据权利要求7所述的一种数控机床远程监控与故障诊断系统，其特征在于，所述远程诊断专家系统包括：
数据提取子模块(401)，用于提取存储在服务器部分中的数控机床数据；
数据分析子模块(403)，用于对所述数控机床数据进行分析处理，提取出故障数据特征向量存入征兆事实库；
标准数据库子模块(404)，用于存储正常工作时的各种标准数据，以与征兆事实库中的故障数据进行比较，以确定数控机床的故障；
推理机子模块(407)，根据当前获取的检测数据，利用与标准数据库子模块(404)的比较，实现对设备的诊断，并给出诊断结果。
9.根据权利要求8所述的一种数控机床远程监控与故障诊断系统，其特征在于，所述远程诊断专家系统还包括故障对策子模块(405)和知识库(408)，所述知识库(408)用于存储各种故障诊断方法、故障处理方法与规则，所述故障对策子模块(405)根据所述诊断结果，利用所述所述知识库(408)提出相应的故障处理措施。
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