CN106200563A - 一种数控设备状态采集和设备控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控设备状态采集和设备控制系统及方法，该系统包括与数控设备联接的监控终端，监控终端通过蜂窝网络与设备状态采集和控制客户端联接，设备状态采集和控制客户端与数据仓储和分发中心联接，且设备状态采集和控制客户端通过蜂窝网络与数控设备联接，数据仓储和分发中心同时与若干个设备管家私有云联接，每个设备管家私有云分别通过物联网专线与其各自对应的用户联接。本发明的核心思想就是对各类信息的集中掌控，包括设备的加工状态信息、生产线运行状态信息以及对设备可能故障的预判信息等，形成能够自上而下的统筹整个加工车间的系统，进而使企业在生产中能合理安排业务，减少设备故障时间，提升生产效率。

Description

一种数控设备状态采集和设备控制系统及方法

技术领域

本发明属于工业智能控制技术领域，具体而言，涉及一种数控设备状态采集和设备控制系统及方法。

背景技术

随着信息技术和网络技术的不断发展，制造技术也从以机器为特征的传统技术向信息化技术发展。信息化代表了信息技术被高度应用，信息资源被高度共享，从而使得人的智能潜力以及社会物质资源潜力被充分发挥。生产制造的信息化关键在于制造执行系统的信息提取。实现生产制造过程的信息化可以为企业管理层提供决策依据，有利于管理层迅速的做出正确的决策，从而提高企业的竞争力。

数控设备作为生产制造的基础单元，也是生产制造信息化的重要信息源。在现代机械制造系统中，数控设备是制造执行系统的基本单元，也是现代化大生产的主要特征之一，已经在生产制造业产生着巨大的经济和社会效益。数控设备的操作和监控全都在数控单元中完成，数控单元犹如机床的大脑，通过伺服驱动系统控制机床轴执行任务。数控设备具有高度柔性、加工精度高和加工质量稳定等特点，有利于实现现代化生产管理。数控设备的加工，可预先精确估计加工时间，对所使用的刀具、夹具可进行规范化，现代化管理，易于实现加工信息的标准化，已与计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)有机地结合起来，是现代化集成制造技术的基础。

随着物联网的快速发展，在产品物联网迅速普及的同时，物联网也在向产品生产过程渗透。产品生产过程的物料追踪，操作过程信息，生产工具信息等都可以通过物联网来监控，物联网的发展极大的提高了企业的生产管理水平。车间级的生产过程信息提取可以通过生产人员人工提取也可以通过相应的设备自动提取。人工提取过程中容易产生疏忽、遗漏等种种难以避免的问题，而在自动化生产车间，生产信息的提取完全可以通过特定的设备来自动提取，以提高生产效率和信息提取的准确度。

数控设备运行状态的提取是构建车间管理系统的关键，也是形成信息化制造体系的基础。生产制造车间的监控包括设备运行情况还包括零件信息和零件加工质量信息等。通过把这些生产过程的底层信息传输到车间级的管理系统中，再进行信息数据处理和整合才能实现对加工过程、生产设备、操作人员、产品质量等进行有效管理。因此，实现设备层数据采集是构建车间级管理系统的关键。

发明内容

为了满足上述需求，本发明旨在提供一种数控设备状态采集和设备控制系统及方法，实现车间级的生产过程信息的自动提取，以提高生产效率和信息提取的准确度。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种数控设备状态采集和设备控制系统，包括监控终端、设备状态采集和控制客户端、数据仓储和分发中心、设备管家私有云；

所述监控终端的一端与数控设备联接，所述监控终端的另一端通过蜂窝网络与所述设备状态采集和控制客户端联接，所述设备状态采集和控制客户端与所述数据仓储和分发中心联接，且所述设备状态采集和控制客户端通过蜂窝网络与所述数控设备联接，所述数据仓储和分发中心同时与若干个所述设备管家私有云联接，每个所述设备管家私有云分别通过物联网专线与其各自对应的用户联接；

所述监控终端内含蜂窝通信电路，其作用是在系统上电时通过蜂窝网络自动拨入物联网平台的VPDN服务器并自动获取指定的IP地址，与所述物联网平台形成局域网；

所述监控终端内含以太网通信电路，其作用是自动根据数控设备MAC地址查找ARP表获取数控设备的IP地址以及端口号，并根据获取到的数控设备的IP和端口号做端口映射到蜂窝通信电路的IP上，从而所述物联网平台可通过蜂窝通信电路的IP直接读写所述数控设备上的数据；

所述监控终端内含输入输出IO电路，其作用是在所述数控设备没有以太网通信功能或通过以太网无法控制所述数控设备的某些功能时，通过连接所述数控设备的IO点直接读取所述数控设备的状态或控制所述数控设备进行相关操作；

所述设备状态采集和控制客户端的作用是根据VPDN服务器地址池的数控设备IP地址表对所述数控设备的状态进行读取，或接收web请求对所述数控设备进行开关机设置；所述设备状态采集和控制客户端所采集到的数据会统一写入所述数据仓储和分发中心；

所述数据仓储和分发中心的作用是存储所有所述数控设备的采集数据，并将数据分发给不同的所述设备管家私有云；

所述设备管家私有云是为不同用户定制的私有云平台，其作用是维护设备基本信息、客户基本信息、厂商基本信息；接收所述设备状态采集和控制客户端所采集到的数控设备数据并统计成数据报表；采用用户分级管理，向不同类型的用户提供其各自所需的数控设备数据信息，不同的用户类型所需要的数控设备数据不同，复杂度也不同。

进一步的，所述监控终端内还包含CPU控制电路、状态指示电路、存储电路、6轴传感电路、单片机定时控制电路和电源管理电路，所述CPU控制电路分别与所述蜂窝通信电路、所述输入输出IO电路、所述以太网通信电路、所述状态指示电路、所述存储电路、所述6轴传感电路、所述单片机定时控制电路和所述电源管理电路连接；

所述CPU控制电路是用于协调所有所述功能电路的有序运行；

所述存储电路是用于安装特定的软件包，以更新或扩展所述监控终端的功能；

所述6轴传感电路是用于在数控设备没有以太网通信功能时直接采样设备的位移和运转状况；

所述单片机定时控制电路和所述电源管理电路是用于给所述监控终端提供稳定的电源，自动检测外部供电状况，在外部电源断开时自动切换锂电池供电，所述单片机定时控制电路开始工作，定时开闭所述监控终端的电源以达到节电功能；

所述状态指示电路是用于反馈所述监控终端各功能电路的工作状态，以便维护人员判断所述监控终端的运行状况。

进一步的，所述蜂窝通信电路采用物联网VPDN定向卡，制卡时预先植入物联网平台的域名。

进一步的，所述物联网平台可通过所述监控终端的web服务对所述监控终端的传感器和所述监控终端的断电唤醒周期进行设置。

进一步的，所述用户包括租赁公司、设备厂商和生产工厂。

进一步的，所述设备管家私有云对所述数控设备进行预警报警管理，可对违规运行的所述数控设备进行锁机。

一种数控设备状态采集和设备控制方法，包括以下步骤：

步骤0）监控终端上电初始化；

步骤1）监控终端的蜂窝通信电路自动拨入物联网平台的VPDN服务器并自动获取指定的IP地址，与物联网平台形成局域网；

步骤2）监控终端的以太网电路通过工厂局域网自动获取IP地址，或通过蜂窝通信web访问监控终端，手动设置以太网电路的IP地址；

步骤3）监控终端自动根据数控设备MAC地址查找ARP表获取数控设备的IP地址以及端口号，监控终端的软件会根据获取的数控设备的IP和端口号做端口映射到蜂窝通信电路的IP上；

步骤4）设备状态采集和控制客户端根据数控设备的IP地址表通过蜂窝通信电路的IP直接读写数控设备上的数据或写入控制指令；

步骤5）设备状态采集和控制客户端把采集到的数据按批次和时段写入数据仓储和分发中心；

步骤6）数据仓储和分发中心向不同的设备管家私有云分发不同数控设备的数据信息或同一个数控设备的不同类型数据信息；

步骤7）设备管家私有云根据其自身系统加入的设备列表从数据仓储和分发中心中拉取对应数的控设备数据信息，使用用户分级管理，对拉取到的数控设备数据做报表统计；

步骤8）用户向对应的设备管家私有云提出请求，设备管家私有云向用户提供其所需的数控设备数据信息；

步骤9）结束。

进一步的，步骤1）中，所述监控终端的蜂窝通信电路所获取的IP地址是预先设定在VPDN服务器地址池中的，与所述监控终端的MAC地址匹配。

进一步的，步骤8）中，所述设备管家私有云向用户提供的数控设备数据信息包括设备基本信息、客户基本信息、厂商基本信息、设备运行数据、设备位置信息和数据报表。

本发明的有益效果是：

本发明的系统和方法可以根据指定区域数控设备的稼动率判断工厂的运行效率；可以根据数控设备的故障类型做大数据分析，判断哪个批次哪种部件容易出故障；可以根据数控设备的位移距离判断租赁设备是否被无端拖走；也根据后台地址池中数控设备IP地址对应表在同一工厂内组成网状网络，避免单个设备故障造成数控设备状态无法采集。

本发明的核心思想就是对各类信息的集中掌控，包括数控设备的加工状态信息、生产线运行状态信息以及对数控设备可能故障的预判信息等，形成能够自上而下的统筹整个加工车间的管理系统，进而使企业在生产中能合理安排业务，减少机床故障时间，提升生产效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明数控设备状态采集和设备控制系统的架构图；

图2为本发明监控终端的硬件原理图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参照图1所示，一种数控设备状态采集和设备控制系统，包括监控终端2、设备状态采集和控制客户端4、数据仓储和分发中心5、设备管家私有云6；

所述监控终端2的一端与数控设备1联接，所述监控终端2的另一端通过蜂窝网络与所述设备状态采集和控制客户端4联接，所述设备状态采集和控制客户端4与所述数据仓储和分发中心5联接，且所述设备状态采集和控制客户端4通过蜂窝网络与所述数控设备1联接，所述数据仓储和分发中心5同时与若干个所述设备管家私有云6联接，每个所述设备管家私有云6分别通过物联网专线与其各自对应的用户3联接；

所述监控终端2内含蜂窝通信电路202，其作用是在系统上电时通过蜂窝网络自动拨入物联网平台的VPDN服务器并自动获取指定的IP地址，与所述物联网平台形成局域网；

所述监控终端2内含以太网通信电路204，其作用是自动根据数控设备MAC地址查找ARP表获取数控设备的IP地址以及端口号，并根据获取到的数控设备的IP和端口号做端口映射到蜂窝通信电路202的IP上，从而所述物联网平台可通过蜂窝通信电路202的IP直接读写所述数控设备1上的数据；

所述监控终端2内含输入输出IO电路203，其作用是在所述数控设备1没有以太网通信功能或通过以太网无法控制所述数控设备1的某些功能时，通过连接所述数控设备1的IO点直接读取所述数控设备1的状态或控制所述数控设备1进行相关操作；

所述设备状态采集和控制客户端4的作用是根据VPDN服务器地址池的数控设备IP地址表对所述数控设备1的状态进行读取，或接收web请求对所述数控设备1进行开关机设置；所述设备状态采集和控制客户端4所采集到的数据会统一写入所述数据仓储和分发中心5；

所述数据仓储和分发中心5的作用是存储所有所述数控设备1的采集数据，并将数据分发给不同的所述设备管家私有云6；

所述设备管家私有云6是为不同用户3定制的私有云平台，其作用是维护设备基本信息、客户基本信息、厂商基本信息；接收所述设备状态采集和控制客户端4所采集到的数控设备数据并统计成数据报表；采用用户分级管理，向不同类型的用户3提供其各自所需的数控设备数据信息，不同的用户类型所需要的数控设备数据不同，复杂度也不同。

进一步的，参见图2所示，所述监控终端2内还包含CPU控制电路201、状态指示电路205、存储电路206、6轴传感电路207、单片机定时控制电路208和电源管理电路209，所述CPU控制电路201分别与所述蜂窝通信电路202、所述输入输出IO电路203、所述以太网通信电路204、所述状态指示电路205、所述存储电路206、所述6轴传感电路207、所述单片机定时控制电路208和所述电源管理电路209连接；

所述CPU控制电路201是用于协调所有所述功能电路的有序运行；

所述存储电路206是用于安装特定的软件包，以更新或扩展所述监控终端2的功能；

所述6轴传感电路207是用于在数控设备没有以太网通信功能时直接采样设备的位移和运转状况；

所述单片机定时控制电路208和所述电源管理电路209是用于给所述监控终端2提供稳定的电源，自动检测外部供电状况，在外部电源断开时自动切换锂电池供电，所述单片机定时控制电路208开始工作，定时开闭所述监控终端2的电源以达到节电功能；

所述状态指示电路205是用于反馈所述监控终端2各功能电路的工作状态，以便维护人员判断所述监控终端2的运行状况。

进一步的，所述蜂窝通信电路202采用物联网VPDN定向卡，制卡时预先植入物联网平台的域名。

进一步的，所述物联网平台可通过所述监控终端2的web服务对所述监控终端2的传感器和所述监控终端2的断电唤醒周期进行设置。

进一步的，所述用户3包括租赁公司、设备厂商和生产工厂。

进一步的，所述设备管家私有云6对所述数控设备1进行预警报警管理，可对违规运行的所述数控设备1进行锁机。

参见图1所示，一种数控设备状态采集和设备控制方法，包括以下步骤：

步骤0）监控终端2上电初始化；

步骤1）监控终端2的蜂窝通信电路202自动拨入物联网平台的VPDN服务器并自动获取指定的IP地址，与物联网平台形成局域网；

步骤2）监控终端2的以太网电路204通过工厂局域网自动获取IP地址，或通过蜂窝通信web访问监控终端2，手动设置以太网电路204的IP地址；

步骤3）监控终端2自动根据数控设备MAC地址查找ARP表获取数控设备的IP地址以及端口号，监控终端2的软件会根据获取的数控设备1的IP和端口号做端口映射到蜂窝通信电路202的IP上；

步骤4）设备状态采集和控制客户端4根据数控设备1的IP地址表通过蜂窝通信电路202的IP直接读写数控设备1上的数据或写入控制指令；

步骤5）设备状态采集和控制客户端4把采集到的数据按批次和时段写入数据仓储和分发中心5；

步骤6）数据仓储和分发中心5向不同的设备管家私有云6分发不同数控设备1的数据信息或同一个数控设备1的不同类型数据信息；

步骤7）设备管家私有云6根据其自身系统加入的设备列表从数据仓储和分发中心5中拉取对应数的控设备数据信息，使用用户分级管理，对拉取到的数控设备数据做报表统计；

步骤8）用户3向对应的设备管家私有云6提出请求，设备管家私有云6向用户3提供其所需的数控设备数据信息；

步骤9）结束。

进一步的，步骤1）中，所述监控终端2的蜂窝通信电路202所获取的IP地址是预先设定在VPDN服务器地址池中的，与所述监控终端2的MAC地址匹配。

进一步的，步骤8）中，所述设备管家私有云6向用户3提供的数控设备数据信息包括设备基本信息、客户基本信息、厂商基本信息、设备运行数据、设备位置信息和数据报表。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种数控设备状态采集和设备控制系统，其特征在于：包括监控终端（2）、设备状态采集和控制客户端（4）、数据仓储和分发中心（5）、设备管家私有云（6）；

所述监控终端（2）的一端与数控设备（1）联接，所述监控终端（2）的另一端通过蜂窝网络与所述设备状态采集和控制客户端（4）联接，所述设备状态采集和控制客户端（4）与所述数据仓储和分发中心（5）联接，且所述设备状态采集和控制客户端（4）通过蜂窝网络与所述数控设备（1）联接，所述数据仓储和分发中心（5）同时与若干个所述设备管家私有云（6）联接，每个所述设备管家私有云（6）分别通过物联网专线与其各自对应的用户（3）联接；

所述监控终端（2）内含蜂窝通信电路（202），其作用是在系统上电时通过蜂窝网络自动拨入物联网平台的VPDN服务器并自动获取指定的IP地址，与所述物联网平台形成局域网；

所述监控终端（2）内含以太网通信电路（204），其作用是自动根据数控设备MAC地址查找ARP表获取数控设备的IP地址以及端口号，并根据获取到的数控设备的IP和端口号做端口映射到蜂窝通信电路（202）的IP上，从而所述物联网平台可通过蜂窝通信电路（202）的IP直接读写所述数控设备（1）上的数据；

所述监控终端（2）内含输入输出IO电路（203），其作用是在所述数控设备（1）没有以太网通信功能或通过以太网无法控制所述数控设备（1）的某些功能时，通过连接所述数控设备（1）的IO点直接读取所述数控设备（1）的状态或控制所述数控设备（1）进行相关操作；

所述设备状态采集和控制客户端（4）的作用是根据VPDN服务器地址池的数控设备IP地址表对所述数控设备（1）的状态进行读取，或接收web请求对所述数控设备（1）进行开关机设置；所述设备状态采集和控制客户端（4）所采集到的数据会统一写入所述数据仓储和分发中心（5）；

所述数据仓储和分发中心（5）的作用是存储所有所述数控设备（1）的采集数据，并将数据分发给不同的所述设备管家私有云（6）；

所述设备管家私有云（6）是为不同用户（3）定制的私有云平台，其作用是维护设备基本信息、客户基本信息、厂商基本信息；接收所述设备状态采集和控制客户端（4）所采集到的数控设备数据并统计成数据报表；采用用户分级管理，向不同类型的用户（3）提供其各自所需的数控设备数据信息。

2.根据权利要求1所述的数控设备状态采集和设备控制系统，其特征在于：所述监控终端（2）内还包含CPU控制电路（201）、状态指示电路（205）、存储电路（206）、6轴传感电路（207）、单片机定时控制电路（208）和电源管理电路（209），所述CPU控制电路（201）分别与所述蜂窝通信电路（202）、所述输入输出IO电路（203）、所述以太网通信电路（204）、所述状态指示电路（205）、所述存储电路（206）、所述6轴传感电路（207）、所述单片机定时控制电路（208）和所述电源管理电路（209）连接；

所述CPU控制电路（201）是用于协调所有所述功能电路的有序运行；

所述存储电路（206）是用于安装特定的软件包，以更新或扩展所述监控终端（2）的功能；

所述6轴传感电路（207）是用于在数控设备没有以太网通信功能时直接采样设备的位移和运转状况；

所述单片机定时控制电路（208）和所述电源管理电路（209）是用于给所述监控终端（2）提供稳定的电源，自动检测外部供电状况，在外部电源断开时自动切换锂电池供电，所述单片机定时控制电路（208）开始工作，定时开闭所述监控终端（2）的电源以达到节电功能；

所述状态指示电路（205）是用于反馈所述监控终端（2）各功能电路的工作状态，以便维护人员判断所述监控终端（2）的运行状况。

3.根据权利要求1所述的数控设备状态采集和设备控制系统，其特征在于：所述蜂窝通信电路（202）采用物联网VPDN定向卡，制卡时预先植入物联网平台的域名。

4.根据权利要求1所述的数控设备状态采集和设备控制系统，其特征在于：所述物联网平台可通过所述监控终端（2）的web服务对所述监控终端（2）的传感器和所述监控终端（2）的断电唤醒周期进行设置。

5.根据权利要求1所述的数控设备状态采集和设备控制系统，其特征在于：所述用户（3）包括租赁公司、设备厂商和生产工厂。

6.根据权利要求1所述的数控设备状态采集和设备控制系统，其特征在于：所述设备管家私有云（6）对所述数控设备（1）进行预警报警管理，可对违规运行的所述数控设备（1）进行锁机。

7.一种采用如权利要求1-6任意一项所述的系统的数控设备状态采集和设备控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤0）监控终端（2）上电初始化；

步骤1）监控终端（2）的蜂窝通信电路（202）自动拨入物联网平台的VPDN服务器并自动获取指定的IP地址，与物联网平台形成局域网；

步骤2）监控终端（2）的以太网电路（204）通过工厂局域网自动获取IP地址，或通过蜂窝通信web访问监控终端（2），手动设置以太网电路（204）的IP地址；

步骤3）监控终端（2）自动根据数控设备MAC地址查找ARP表获取数控设备的IP地址以及端口号，监控终端（2）的软件会根据获取的数控设备（1）的IP和端口号做端口映射到蜂窝通信电路（202）的IP上；

步骤4）设备状态采集和控制客户端（4）根据数控设备（1）的IP地址表通过蜂窝通信电路（202）的IP直接读写数控设备（1）上的数据或写入控制指令；

步骤5）设备状态采集和控制客户端（4）把采集到的数据按批次和时段写入数据仓储和分发中心（5）；

步骤6）数据仓储和分发中心（5）向不同的设备管家私有云（6）分发不同数控设备（1）的数据信息或同一个数控设备（1）的不同类型数据信息；

步骤7）设备管家私有云（6）根据其自身系统加入的设备列表从数据仓储和分发中心（5）中拉取对应数的控设备数据信息，使用用户分级管理，对拉取到的数控设备数据做报表统计；

步骤8）用户（3）向对应的设备管家私有云（6）提出请求，设备管家私有云（6）向用户（3）提供其所需的数控设备数据信息；

步骤9）结束。

8.根据权利要求7所述的采集和控制数控设备的方法，其特征在于：步骤1）中，所述监控终端（2）的蜂窝通信电路（202）所获取的IP地址是预先设定在VPDN服务器地址池中的，与所述监控终端（2）的MAC地址匹配。

9.根据权利要求7所述的采集和控制数控设备的方法，其特征在于：步骤8）中，所述设备管家私有云（6）向用户（3）提供的数控设备数据信息包括设备基本信息、客户基本信息、厂商基本信息、设备运行数据、设备位置信息和数据报表。