CN110603500A - 用于数控机床的数据接口设备 - Google Patents

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CN110603500A CN201880012025.XA CN201880012025A CN110603500A CN 110603500 A CN110603500 A CN 110603500A CN 201880012025 A CN201880012025 A CN 201880012025A CN 110603500 A CN110603500 A CN 110603500A
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Abstract

本发明涉及一种用于数控机床(100)与外部数据处理设备(400；500)之间的数据传输的数据接口设备(300)，包括：用于与机床(100)的控制设备(200)进行数据传输的控制接口单元(310)，以及用于与外部数据处理设备进行数据传输的通信单元(340)。存储的配置数据(361)指定控制设备(200)使用的来自第一组通信协议的通信协议和外部数据处理设备使用的来自第二组通信协议的通信协议。控制接口单元(310)可以使用来自第一组通信协议的任一协议进行数据传输，并选择控制设备(200)使用的通信协议用于与控制设备进行数据传输。通信单元(340)可以使用来自第二组通信协议的任一协议进行数据传输，并选择外部数据处理设备(400；500)使用的通信协议用于与数据处理设备进行数据传输。

Description

用于数控机床的数据接口设备
技术领域
本发明涉及一种用于数控机床和外部数据处理设备之间的数据传输的数据接口设备，特别涉及用于一个或多个数控机床和一个或多个外部数据处理设备(例如计算机、服务器或计算机或服务器网络)之间的机床数据传输的数据接口设备。
背景技术
在现有技术中，数控机床是已知的，每个数控机床包括用于控制机床的多个致动器的控制设备和用于向控制设备输出与机床的机床状态相关的传感器信号的多个传感器。
为了评估、显示或监控机床在工作期间或在机床上加工工件期间的机床状态，已知在机床的控制单元中或在机床的控制单元上提供处理器控制的存储器单元(即所谓的“数据记录器”)，该处理器控制的存储器单元在各个通道中以相同的采样频率或读出频率将机床的多个传感器的所有可用的传感器信号存储在一个存储介质中，然而，该采样频率或读出频率取决于机床的控制设备(NC控制器和/或PLC或SPS)的类型相关的可能性。
因此，借助于现有技术中已知的用于各种机床的数据记录器，存储来自所有可用传感器的未过滤和未适配的纯传感器值数据洪流，既依赖于机床又依赖于控制器。
一方面，这导致大量的且混乱地收集的数据量，另一方面，这使得以独立于机床和/或控制器的方式评估或显示所收集的数据特别困难。
此外，众所周知用于机床的多个控制器(NC/PLC)由不同的制造商提供，并且每个控制器具有不同的、部分专有的数据接口。为此，机床控制器通常提供通信协议，用于从控制器读出数据或从控制器接收数据到外部数据处理设备。机床控制器所支持的这种通信协议部分地非常不同，并且通常不能被组合或被集成。已知的控制器依赖于已知的系统，例如基于UDI、RFC或OPC的系统，然而，一些控制器制造商的控制器使用各自专有的通信协议。
这使得难以以统一的方式提供从具有来自不同制造商的多个控制器的若干机床到外部数据处理设备的统一的数据传输，从而例如读取和处理来自不同制造商的若干机床的机床状态数据、或具有来自不同控制器制造商的多个控制器的若干机床的机床状态数据、或者以统一和简单的方式监控机床的机床状态。
对于这种情况还已知的是将提供通用的通信协议(所谓的机器对机器通信协议或M2M通信协议)，其基本思想是为多个机床控制器提供单个外部数据传输接口，该外部数据传输接口使用通用的M2M通信协议用于数据传输。
然而，各种这样的M2M通信协议在现有技术中是已知的，并且无法预见这些已知的M2M通信协议中的其中之一可以在将来作为标准协议使用而普遍存在。已知的M2M通信协议，例如：OPC UA、MTConnect、AMPQ或MQTT协议。
即使较新版本的机床控制器将支持一个或多个M2M通信协议，或者较新版本的M2M通信协议将允许彼此的兼容性，但是仍将需要在已经使用的机床上进行更新或替换旧的现有版本的控制器。
对于上述问题，本发明的一目的在于提供一种能够避免上述问题的用于数控机床的数据存储设备。
对于上述问题，特别地，本发明的一目的是提供一种机床和外部数据处理设备(例如服务器或服务器网络)之间的数据传输解决方案，其允许以简单、高效和可靠的方式进行数据交换和统一的机床状态监控，特别是在具有多个不同机床和具有用于机床状态监控的外部数据处理设备的系统中，其中所述多个不同机床部分地具有不同系列和不同制造年份，且部分地具有不同制造商和不同控制器版本的非常不同的控制器。
特别地，本发明的目的是提供一种标准化的、更简单的、更清晰的数据传输或数据接口解决方案，其用于监控具有不同控制器的不同机床的机床状态，此外，其可以被普遍使用而不管机床类型和/或控制器类型如何。
发明内容
为了解决上述问题，根据本发明提出了一种在独立权利要求1中限定的用于数控机床的数据接口设备。从属权利要求、系统权利要求或并行权利要求涉及本发明的优选实施例。
根据本发明的一个方面，提出了一种用于在外部数据处理设备和数控机床之间进行数据传输的数据接口设备，该机床包括用于控制机床的多个致动器的控制设备。
根据本发明的一个方面，数据接口设备包括用于与相应机床的一个或多个控制设备进行数据传输的控制接口单元。
这样的控制接口单元可以作为一个或多个计算机设备的软件部分、以及作为一个或多个计算机设备的硬件部分、或者作为组合来提供。控制接口单元可以例如经由本地或全球网络直接或间接地连接到相应机床的一个或多个控制器(NC和/或PLC控制器)，或者其也可以集成到控制设备中。
根据本发明的一个方面，数据接口设备优选地包括用于处理数据(特别是机床数据或信号值数据(例如机床的传感器和/或控制信号)，特别是至少通过控制接口单元接收的数据)的数据处理设备。
根据本发明的一个方面，优选地，数据接口设备包括具有第一存储介质以及第二存储介质的第一数据存储设备，所述第一存储介质用于存储经由控制接口单元接收的数据和/或通过数据处理处理的数据，例如优选非易失性存储介质，例如以一个或多个硬盘、和/或一个或多个SSD存储介质的形式，所述第二存储介质用于存储配置数据，例如优选非易失性存储介质，例如以一个或多个硬盘、和/或一个或多个SSD存储介质或者可能是非易失性RAM或NVRAM的形式。
根据本发明的一个方面，优选地，数据接口设备包括用于与一个或多个外部数据处理设备进行数据传输的通信单元。这样的通信单元可以作为一个或多个计算机设备的软件部分、以及作为一个或多个计算机设备的硬件部分、或者作为组合来提供。通信单元可以例如经由本地或全球网络直接或间接地连接到一个或多个外部数据处理设备(例如计算机、机床前端控制设备、数据服务器、web服务器、数据库系统和云系统)。
根据本发明的一个方面，优选地，配置数据可以为相应机床的一个或多个控制设备指示由相应机床的相应控制设备使用或支持的来自第一组通信协议的通信协议。
因此，优选地，第一组通信协议包括由不同制造商或控制版本的机床控制器支持的若干通信协议，诸如基于OPC的通信协议、基于UDI的通信协议、和/或分别由来自不同制造商的不同机床控制器(诸如来自Siemens、Heidenhain、Fanuc、Mitsubishi等的NC/PLC控制系统)支持的专有的通信协议。
根据本发明的一个方面，优选地，配置数据可以为一个或多个外部数据处理设备指示由相应外部数据处理设备使用或支持的来自第二组通信协议的通信协议。
特别地，优选地，第二组通信协议由此包括若干M2M通信协议(M2M“机器对机器”)，若干M2M通信协议可能包括所谓的通用M2M通信协议，诸如基于opcua的通信协议、基于MQTT的通信协议、基于MTConnect的通信协议、和/或基于AMPQ的通信协议。
应当注意，第一组通信协议和第二组通信协议可以仅仅是各自包括不同的通信协议，不过，第一组通信协议和第二组通信协议也可以重叠，即一个组的一个或多个通信协议也被包括在另一组中。
根据功能实施例，优选地，控制接口单元适于使用或支持来自第一组通信协议的每个通信协议(特别是与机床控制器或机床控制设备)进行数据传输。
这尤其优选地意味着，控制接口单元优选地适于接收和解码来自第一组通信协议的各种通信协议的数据包(尤其适于根据相应的通信协议来解码任一报头数据)。优选地，这还意味着控制接口单元优选地适于发送和编码来自第一组通信协议的各种通信协议的数据包(特别地，适于根据相应的通信协议来编码或生成任一报头数据)。此外，这尤其意味着，控制接口单元可以与支持或使用第一组通信协议进行通信或数据传输的设备建立通信连接和/或执行数据传输(优选地双向)。
根据功能实施例，优选地，控制接口单元适于基于配置数据来选择由相应机床的相应控制器使用的通信协议，以用于与一个或多个机床的一个或多个控制器进行数据传输，特别是以相应控制器使用或支持的通信协议与相应控制器进行通信以建立通信连接和/或执行数据传输。
根据功能实施例，优选地，通信单元适于使用或支持来自第二组通信协议中的每个通信协议进行数据传输，特别是用于与一个或多个外部数据处理设备进行数据传输。
这尤其优选地意味着，优选地，通信单元适于发送和编码来自第二组通信协议的各种通信协议的数据包(特别地，适于根据相应的通信协议来编码或生成任一报头数据)。优选地，这还意味着通信单元优选地适于接收和解码来自第二组通信协议的各种通信协议的数据包(特别地，适于根据相应的通信协议解码任一报头数据)。此外，这尤其意味着，通信单元可以与支持或使用第二组通信协议进行通信或数据传输的设备建立通信连接和/或执行数据传输(优选地双向)。
根据功能实施例，优选地，通信单元适于基于配置数据来选择由相应的外部数据处理设备使用的通信协议用于与一个或多个外部数据处理设备进行数据传输，特别是以相应的外部数据处理设备使用或支持的通信协议与相应的外部数据处理设备进行通信以建立通信连接和/或执行数据传输。
根据优选的功能实施例，控制接口单元适于与相应机床的多个同时连接的控制器(优选并行地)传输数据。
优选地，多个连接的控制设备中的每一个控制设备的配置数据指示由相应控制设备使用的来自第一组通信协议中的通信协议。这具有的优点是：支持第一组通信协议的多个通信协议的控制接口单元能够以灵活、简单和可靠的方式选择和使用由相应的控制设备使用的通信协议(特别地，例如如果要传输数据包以便请求控制设备、传输数据或在控制器处主动读取数据)。
优选地，控制接口单元适于基于配置数据来选择由一个控制设备使用的通信协议用于与多个连接的控制设备中的其中一个进行数据传输，并且适于基于配置数据来选择由另一控制设备使用的通信协议用于与多个连接的控制设备中的另一个控制设备进行数据传输。
如果连接或断开一个或多个控制设备，则这可以容易地指定或存储在配置数据中，使得控制接口单元可以选择和使用适当的通信协议。
根据优选的功能实施例，通信单元适于与多个连接的外部数据处理设备(优选并行地)传输数据。
优选地，多个连接的外部数据处理设备中的每一个外部数据处理设备的配置数据指示由外部数据处理设备使用的来自第二组通信协议的通信协议。这具有的优点是：支持第二组通信协议的多个通信协议的通信单元能够以灵活、简单和可靠的方式选择和使用由外部数据处理设备使用的通信协议(特别是如果要传输数据包以便传输或接收数据包)。
优选地，通信单元适于基于配置数据来选择由一个(或多个)连接的外部数据处理设备使用的通信协议用于与一个(或多个)连接的外部数据处理设备进行数据传输，并且特别地适于基于配置数据来选择由多个连接的外部数据处理设备中的另一个外部数据处理设备使用的通信协议用于与多个连接的外部数据处理设备中的另一个外部数据处理设备进行数据传输。
如果连接或断开一个或多个外部数据处理设备，则这可以容易地指定或存储在配置数据中，使得通信单元可以适当地选择和使用相应的通信协议。
根据优选的功能实施例，优选地，用于一个或多个机床的配置数据指定相应机床的相应传感器组和/或相应机床的传感器组的传感器信号的读取和/或处理规则，优选地，每个机床包括多个传感器，所述传感器用于将与相应机床的机床状态相关的传感器信号输出到相应机床的控制设备。
这具有的优点在于，根据机床类型、机床配置、机床的传感器设备、或机床制造商，可以在用于相应机床的配置数据中定义机床的现有传感器或现有传感器设备，或者还可以在机床扩展或改装有更新的、不同的或附加的传感器时进行适配。
优选地，数据接口设备包括读出单元，所述读出单元用于基于在配置数据中指定的读出规则，经由控制接口单元读出在配置数据中指定的机床的传感器组的传感器信号的传感器信号值。
优选地，数据处理设备被设置成基于在配置数据中指定的处理规则将由读出单元读出的传感器信号值处理成聚集的传感器数据。
因此，对于每个单独的机床，可用的或可读的机床数据或传感器数据可以被简单和可靠地读出或接收，其中还优选地，使用潜在的单独的读出和/或处理规则来为每个单独的机床定义数据如何可用、和/或如何能够被读出、或如何能够或应当被进一步处理或聚集。例如，这还可以为单独器的控制和/或单独的传感器进行设置或定义(具体地，例如通过定义不同机床或机床的不同传感器的读出间隔)。
根据优选的功能实施例，数据处理设备适于生成优选独立于第一组通信协议和/或第二组通信协议的预定数据格式的数据集，特别优选地基于经由控制接口单元接收的数据、特别优选地基于由数据处理设备处理的数据、和/或特别优选地基于由数据存储设备存储的数据。
这具有的优点在于，不管一个或多个控制设备的使用的通信协议、或一个或多个外部数据处理设备的使用的通信协议如何，都可以提供统一的数据格式，特别是用于要生成的数据包的用户数据(有效载荷数据)的数据格式，使得即使在高度不均匀的系统中(该系统在不同制造商的许多机床之间是可互换的并且具有不同的控制器)，也可以以统一的数据格式交换数据，还可以以这种统一的数据格式传输数据至具有不同通信协议的大量外部设备和系统，并且可以在这种不均匀的系统中进行比较和评估。
这使得能够在这样的不均匀系统中实现高度均匀的数据传输和数据评估解决方案，该不均匀系统包括来自不同制造商，并且具有不同控制器和/或多种不同数据收集和数据评估的许多机床，使得能够以简单、均匀、可靠和可比较的方式确定、观察、评估和分析大型车间以及车间边界之外的机床状态。
根据优选的功能实施例，优选地，每个生成的数据集包括标识数据，该标识数据相对于作为生成的数据集基础的数据集指示一个或多个机床的标识、一个或多个机床部件的标识、和/或一个或多个传感器的标识。这使得可以以简单的方式执行不同机床、机床部件或传感器系统的机床状态，并且将它们存储在可跟踪和可评估的数据库中，因为对于每个数据记录总是知道对应的数据记录可以被分配给哪个机床、机床部件或传感器系统。
根据优选的功能实施例，每个生成的数据集给定值数据并且指定与该值数据相关联的一个或多个时间戳(使得可以有利地存储各个值数据的数据输入、输出和/或评估的时间)。
优选地，值数据各自指示一个或多个数据值，例如一个或多个传感器信号值和/或控制信号值，从多个信号值计算的一个或多个数据值(例如一定时间间隔上的平均值、压缩信号值、基于多个信号计算的值、例如通过转换为统一的单元系统的转换值)和/或指示一个或多个机床的机床状态的一个或多个状态值。
优选地，指示一个或多个机床的机床状态的状态值可以例如基于一个或多个读出信号值(和/或控制信号值)来计算和/或也可以直接从控制器读出。优选地，这样的状态值可以指示机床、机床部件和/或传感器系统或机床的部件或组件的状态(例如来自一组给定的可能的状态)。
优选地，为每个数据集和/或为值数据的每个值指定数据类型，优选地，该数据类型指示相应的值(值数据)是否描述了在相应的机床的运行期间的机床状态、信号值(或指示多个信号值的值)或运行事件。
这可以例如通过"STATUS"类型(例如如果指定机床、机床部件和/或传感器系统或机床的部件或组件的状态)、"EVENT"(例如如果指定机床、机床部件或类似物上的事件(例如机床停止、紧急停止、在机床上加工期间的碰撞、如果发出警告时的维护或修理事件等))，以及"VALUE"(如果例如仅指定瞬时、聚集或平均的传感器信号值或控制信号值)实现。
根据优选的功能实施例，优选地，数据处理设备适于基于存储在第二存储介质中的签名数据来将电子签名添加到生成的数据集和/或验证添加到数据集的签名。这允许例如基于存储在配置数据中的签名数据或者基于从控制设备读出的签名数据(例如如果当前在机床处登录或认证的操作者已经将个人的(电子)签名存储在控制设备处或用其登录)，向数据集提供签名以供后面可能的数据检查或验证添加的签名。
根据优选的功能实施例，优选地，数据处理设备适于基于存储在第二存储介质中的加密数据来加密生成的数据集和/或基于存储在第二存储介质中的加密数据来解密加密的数据集。这具有的优点是：经由本地或甚至全球网络传输的可能包含敏感数据的数据(例如如果这些数据是由不同用户，例如由机床或控制器制造商的机床收集的，以便能够处理数据，为不同用户提供带有远程诊断的自动维护监控，或为新类型机床的改进和开发评估长期运行状态发展)可以被简单、可靠和安全地加密传输(例如通过互联网或云)。
根据优选功能实施例，数据处理设备还适于将标识签名或编号添加到所生成的数据集。例如对于在其中并行和/或串行地使用根据本发明的多个数据接口设备的系统，这允许数据接口设备的标识容易地存储在数据集中(特别是作为数据源的唯一标识)。
根据优选的功能实施例，通信单元适于生成包括报头数据和有效载荷数据的数据包用于与外部数据处理设备进行数据传输，优选地，报头数据是基于由外部数据处理设备使用的通信协议生成的，和/或有效载荷数据包括由数据处理设备生成的独立于第一通信协议和第二组通信协议的数据格式的一个或多个数据集。
这允许容易地将非统一的通信方法(通信协议)的结构与传输的内容分离，并且仍然有利地以标准化的形式提供该内容，因为报头信息总是依赖于协议，然而，容易提取的用户数据(有效载荷数据)的传输内容(数据集)总是独立于机床、控制器和协议的，并且具有简单且可靠的统一数据格式。
根据优选的功能实施例，所述控制接口单元适于生成包含用于与所述控制设备进行数据传输的报头数据的数据包，所述报头数据是基于所述控制设备使用的通信协议生成的。
根据优选的功能实施例，数据处理设备适于基于配置数据中指定的处理规则，特别优选地以在一个或多个数据包中，根据第二组通信协议的一个或多个通信协议发送一个或多个数据集的指令，以特别优选地在配置数据中指定的规则的时间间隔生成一个或多个数据集和/或向通信单元发送一个或多个数据集。因此，用于规则的数据传输的传输间隔(例如对于正在进行的状态检查和/或机床监控)可以有利地简单地设置在配置数据中。
根据优选的功能实施例，通信单元适于根据第二组通信协议中的一个或多个通信协议，根据发布订阅模式在一个或多个数据包中传输一个或多个数据集到多个互连的外部数据处理设备，特别优选地，配置数据包括订阅者标识数据，优选地，该订阅者标识数据指示互连的外部数据处理设备中的一个或多个作为注册订阅者。
这具有的优点在于，数据接口设备可以容易地将对应的数据集从一个或多个订阅者组(其可以接收不同的数据集)发送到所有外部数据处理设备，其中外部数据处理设备可以容易地作为订阅者来预订以接收与相应订阅者组相关联的对应数据集(例如基于对相应订阅者组的内容和/或数据集类型的分配)，或者可以通过从相应订阅者组取消预订来停止接收。
根据优选的功能实施例，通信单元包括数据集输出单元，该数据集输出单元可以直接或经由数据网络连接到根据前述(和后面描述的)的一个方面的另一数据接口设备的控制接口单元，优选地用于将数据处理设备生成的数据集传输到另一数据接口设备。
这具有的优点是：根据本发明的数据接口设备(例如根据本文描述的其中一个方面和示例)，还可以经由通信单元将数据集发送到根据本发明的另一连接的数据接口设备(例如根据本文描述的其中一个方面和示例)，例如以便收集在"上级"数据接口设备处并联连接的不同数据接口设备的数据集。
根据优选的功能实施例，控制接口单元包括数据集接收单元，该数据集接收单元可以直接或经由数据网络连接到根据前述(和后面描述的)其中一个方面的另一数据接口设备的通信单元，优选地以便从另一数据接口设备的数据处理设备接收。
这具有的优点是：根据本发明的数据接口设备(例如根据这里描述的方面和示例中的一个)还可以借助于控制接口单元从根据本发明(例如根据这里描述的其中一个方面和示例)的一个或优选的多个连接的其他数据接口设备接收数据集，例如以便收集在"上级"数据接口设备处并联连接的不同"下级"数据接口设备的数据集(例如用于评估、长期存储、验证、汇总等。)
由此，还可以提高传输速度并且可以优化整个数据流，因为可以使用数据接口设备与相应配置数据中的共同的或协调的预置之间的共同的协议，其中互连数据接口设备的整个系统可以确保"向外"用于具有许多控制器(即不同的控制协议将继续由"下级"数据接口设备的控制接口单元支持)和许多外部数据处理设备(即不同M2M协议将继续由"上级"数据接口设备的通信单元支持)的各种各样的应用。由此，优选地，大量连接是可能的(例如一对多、多对一、多对多、多对多对一、多对一对多等。)
根据优选的功能实施例，通信单元适于从外部数据处理设备接收配置指令，其中优选地，数据处理设备适于基于经由通信单元接收的配置指令来修改存储在数据存储设备中的配置数据和/或存储新的配置数据。因此，可以容易地调节、调整、改变或优化基础配置数据。此外，可以灵活地响应系统变化，例如当机床、机床控制器、机床系统被扩展、改造、配备有附加功能和/或部件时，或者当部件、机床或类似物被交换时，或者还当要生成数据集时，要对待生成的值数据进行调整、优化或调节。
根据优选的功能实施例，数据存储设备包括数据接口，优选地，该数据接口适于将存储在第一数据存储介质中的数据传输到外部连接的数据存储设备，以用于数据备份和/或长期存储，特别优选地，根据以规则间隔和/或当超过存储在第一数据存储介质中的数据量的极限值时执行的同步的、异步的数据传输或数据镜像。这具有的优点是(例如通过直接连接或至少通过本地连接)可以长时间存储、保存或存储数据。例如，可以设想将所有(或所选择的)读取的原始数据和/或计算的数据集直接存储在连接的数据存储设备中，使得即使在任何电源故障的情况下也可以总是本地地备份数据，而不必甚至在数据接口设备处提供太大的数据存储介质，其中数据接口设备可以直接设在每个机床或机床组处。
根据优选的功能实施例，外部数据存储设备经由本地或全球网络连接，并且优选地，包括外部数据服务器(用于数据存储、评估和/或进一步传输)、网络服务器(用于评估或优选地使得能够，例如经由本地、全球网络或甚至因特网的网络应用程序，访问数据或数据集或评估数据)，外部消息代理单元(例如用于在不同单元和系统之间共享接收的数据集)和/或根据上述的一个方面的另一数据接口设备；或者优选地，外部数据存储设备被配置为根据以上一个方面的外部数据服务器、网络服务器、外部消息代理单元和/或另一数据接口设备。
根据另一方面，提出了一种系统，该系统包括根据上述的一个方面的一个或多个数据接口设备、以及一个或多个外部数据处理设备，优选地，所述外部数据处理设备经由本地或全球数据网络连接到至少一个数据接口设备中的通信单元，特别优选地，至少一个数据接口设备中的通信单元通过本地或全球数据网络连接到另一数据接口设备的控制接口单元。
综上，提供了机床和外部数据处理设备(例如服务器或服务器网络)之间的数据传输解决方案，其使得能够以简单、高效和可靠的方式进行数据交换和统一的机床状态监测，特别是在具有大量不同机床以及具有用于机床状态监测的外部数据处理设备的系统中，所述大量不同机床部分地具有不同系列和不同制造年份，部分地具有不同制造商和不同控制器版本的非常不同的控制器。
特别地，可以提供标准化的、更简单的、更清晰的数据传输或数据接口解决方案，用于利用不同的控制器来监控不同机床的机床状态，其也可以被普遍使用，而不管机床类型和/或控制器类型如何。
另外，本发明提供的优点在于，传感器数据和机床状态数据或上述数据集可以通过本地或全球网络以简单和通用的方式从多个机床、甚至从非常不同的位置传输，因此，例如也是为了能够对不同机床、或在不同条件下和在不同位置使用的相同机床的传感器数据进行标准化的远程维护诊断或有利的比较分析。
在以下对附图的描述和解释中描述了上述方面和特征的其他方面及其优点以及有利的和更具体的实施例，这些描述和解释不应以任何限制性方式理解。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的具有数据存储设备的系统的示例性示意图。
图2示出了根据本发明另一实施例的系统的示例性示意图。
具体实施方式
下面参考附图详细描述本发明的示例和实施例。图中相同或相似的元件可以用相同的附图标记标识，但有时也可以用不同的附图标记标识。
然而，应该强调的是，本发明决不限于或限制于下面描述的实施例及其特征，而是还包括对实施例的修改，特别是在独立权利要求的保护范围内、通过对所描述的示例的特征的修改或通过组合所描述的示例的一个或多个特征所覆盖的那些修改。
因此，根据本发明，在实施例中提出了数据接口设备，其用于在数控机床上使用并且与外部数据处理设备(例如数据服务器、网络服务器、计算机、PC、笔记本、平板电脑和/或智能手机)或与外部数据网络(LAN、WAN、内联网和/或因特网)连接，其中机床包括用于控制机床的多个致动器的控制设备(例如NC和/或PLC)和用于将与机床的机床状态相关的传感器信号输出到控制设备的多个传感器。
这可以例如改进状态监测，即从机床的相应传感器永久地和/或定期地获取机床加工数据(例如温度、负载、振动)以确定机床状态(例如当前机床状态、平均机床状态、在前一个时间点或在前一个时间段的机床状态、或在限制范围内的最高加工次数的机床状态)。
通过随后对这些确定的数据进行计算和分析，可以得出整个机床或各个组件的有利的变化，以便动态地调整服务间隔，例如“预测性维护”。此外，所确定的加工数据为使用机床的加工者、操作者或公司提供了通过更高的清晰度来优化在机床上加工工件的可能性。
一方面，这使得可以优选地呈现或显示机床状态，并且另一方面可以根据时间(加工时序)显示、标绘或评估机床上的传感器信号或传感器数据的历史。优选地，这使得能够有效地检测问题区域。此外，收集的传感器数据和加工时序的机床状态的其它信息可以有利地用于预测。例如，可以显示各个部件的磨损程度以及最终的预期剩余使用寿命。这可以例如基于填充水平用于纯消耗品(例如润滑油罐)。另外，可以提供附加的传感器包(例如质量传感器或用于状态监测的特殊传感器)以利用附加的传感器数据来升级机床的现有传感器数据。
因此，根据本发明，在实施例中提出了一种用于数控机床的、具有数据处理设备的数据接口设备，该数据接口设备可以基于从机床读取的传感器数据来计算数据集，并且将这些数据集传输到外部数据处理设备，以便能够例如基于所收集的传感器数据为一个或多个连接的机床进行状态分析或状态显示。这可以包括用于显示一个或多个传感器信号的时间历史的标绘函数、基于在预定时间段内收集的传感器数据的加工分析(例如检索事件(例如超过单个或多个传感器信号的极限值事件))、基于历史的程序分析、以及(在例如基于填充水平显示、和/或基于计数器的机床部件和零件的剩余使用寿命预测、以及基于对所收集的传感器数据的自动分析的所需的消耗品(例如过滤器更换、冷却润滑剂更换或所需的消耗品再填充行为)的基础上)针对维护或更换需求的预测。
下面描述常用的第一示例，其采用、扩展或重复上述发明内容的各方面，且在任何情况下总是可与上述发明内容的各方面及以下的附图描述的各方面相结合。
机床上的可用传感器和控制器上的传感器值的可用性可以根据机床和/或控制器的类型而非常不同。
为此，例如，可以提供在配置数据中确定在机床上哪些传感器是可用的或将被读出，和如何读出相应的传感器值(例如通过定义预定的各自的读出速率)和/或如何处理和存储读出的传感器值(处理规则)，所述配置数据用于以可修改的方式读出和处理传感器数据。
数据接口设备可以基于可单独配置的配置数据以各种方式示例性地使用，并且可以在具有包括大量可选的传感器的综合的传感器包的机床上使用，但是也可以通过根据可用传感器的类型和数量以及与控制器相关的读出选项，使用配置数据将读出功能和其他处理功能分别配置到相应的机床及其控制器或使其适应需求，并且仍然独立于机床和控制器，通过不同的M2M协议将传感器数据传输到其他数据处理设备而改装到现有机床上。
配置数据可以被存储在例如标记语言通用数据格式(例如作为XML文件)的配置文件中。
为了认证，配置数据还可以指示必须提供以进行认证的传感器信号信道，即，哪些传感器信号或与哪些传感器信号相关的哪些事件将被存储在认证数据中。
根据优选的方面，数据处理设备可适于压缩和/或加密存储在第一存储介质中的传感器数据以进行数据传输。这具有的优点是：实现了在传输过程中的数据安全以及避免未经授权的访问，以及用于长期存储目的的压缩数据的有效数据存储。
根据示例性的方面，数据处理设备可适于在本地网络或全球网络上传输计算的数据集、存储在第一存储介质中的数据集、和在预定时间段内收集的传感器数据、或包括传感器数据的数据集。同时，数据可以在数据存储设备上被缓冲(也出于安全原因，以避免在网络问题的情况下的数据丢失)，并且这还使得能够例如以预定的时间间隔或数据量、(如果必要的话)以预定的时间，简单地和受控地、(如果必要的话)自动地传输数据包中的数据。
根据优选的方面，所传输的传感器数据和/或数据集还可以包括机床的机床类型、机床的机床配置和/或机床的机床标识数据，特别地，包括机床的机床编号。这具有的优点是：特别是通过分析不同机床的数据对比，简化了机床、和/或机床的工作条件、或机床类型的对比和标识。
根据优选的方面，通信单元可以提供网络界面和/或网络服务应用程序，通过该网络界面和/或网络服务应用程序，外部数据处理设备可被(优选地通过网络浏览器和/或网络应用程序)授权访问存储在第一存储介质中的聚集的传感器数据。在这种情况下，因特网通信协议可以包括在第二组通信协议中。这具有的优点是：通过网络界面和网络浏览器访问，使得简单且有效地显示和分析数据成为可能，从而使得大量外部数据处理设备(例如计算机、笔记本、平板电脑、智能手机)也可以通过网络应用程序和/或通过网络浏览器的链接简单地和普遍地访问、显示和/或分析数据。
根据优选的方面，配置数据还可以指定数据格式，并且优选地，数据处理设备可以将读取的、转换的、聚集的或计算的数据以配置数据中指定的数据格式存储在第一存储介质中。这具有的优点是：即使具有不同的机床和控制器配置或传感器可用性，也可以实现通用但也是可通用配置的数据格式，从而可以提供独立于机床和独立于控制器的传感器数据，以便大量不同的外部数据处理设备以通用数据格式进行通用访问。
根据优选的方面，通信单元可被连接到机床的控制设备的人机界面，优选地，用于将存储在第一存储介质中的数据传输到人机界面，优选地，用于在机床的控制设备的人机界面的图形用户界面上显示。这具有的优点是：还可以在控制器的人机界面处显示、读出、分析或查看数据，使得操作者可以基于传感器和/或认证数据的显示和/或分析在机床处直接操作机床控制器。
根据优选的方面，第一存储介质可以包括环形缓冲器，并且优选地，读取的和/或计算的数据和/或生成的数据集可被存储在环形缓冲器中。这具有的优点是：在预定的数据量之后，特别是在将数据传输到外部数据处理设备之后，数据存储器可用于新收集的数据。优选地，在环形缓冲器中可用的数据存储量是可配置的，例如可通过配置数据配置。
根据优选的方面，数据处理设备还可适于将传感器数据与对应的时间戳一起存储在第一存储介质中。这具有的优点是：能够进行分析并且能够记录数据历史。
根据优选的方面，配置数据的读出规则可以为配置数据中指定的机床的传感器组的一个、多个或所有传感器信号指定单独的读出频率。然后，优选地，读出单元被设置为以在配置数据中指定的相应的单独的读出频率读出相应的传感器信号的传感器信号值。这具有的优点是：可以根据需要配置各个传感器信号读出速率。
根据优选的方面，在配置数据中指定的至少一个单独的读出频率可以小于存储的可编程控制器的传感器值存储频率和/或小于控制设备的NC控制器的传感器值存储频率。这有利地实现了更加独立于控制器的通用读出特性。
根据优选的方面，配置数据的处理规则可以为在配置数据中指定的机床的传感器组的一个、多个或所有传感器信号指示单独的处理规则。然后，优选地，数据处理设备可适于基于在配置数据中指定的相应的单独的处理规则，根据在单独的处理规则中指定的时间段内读出的多个传感器信号值，计算相应的传感器信号的单个传感器值，并将其存储在第一存储介质中。这具有的优点是：处理规则还可被配置为根据需要减少要存储的数据量(例如通过将传感器的多个信号值聚集成一个待存储的信号值)。
根据优选的方面，单独的处理规则可以指示传感器值将被计算为在单独的处理规则中指定的时间段内读取的多个传感器信号值的平均值，和/或单独的处理规则可以指示传感器值将被计算为在单独的处理规则中指定的时间段内读取的多个传感器信号值的最大值或最小值。也可以将参数单位转换为其它单位系统。
根据优选的方面，配置数据的处理规则可以指示在配置数据中指定的机床的传感器组的至少两个传感器信号的结合规则。然后，数据处理设备可适于基于结合规则来计算至少两个传感器信号的传感器值的结合传感器值，并且将其存储在第一存储介质中。这具有的优点是：处理规则还可以被配置为根据需要减少要存储的数据量，例如通过将多个传感器的多个信号值(例如与同一机床部件相关的多个传感器信号)结合成一个待存储的信号值。
根据优选的方面，在配置数据中指定的机床的传感器组的一个、多个或所有传感器信号的配置数据可以包括认证规则。数据处理设备还可适于基于在配置数据中指定的认证规则并且基于读出的相应的传感器信号来生成认证数据并且存储所生成的认证数据。这具有的优点是：传感器数据存储可以容易且有效地与任何所需的认证处理相结合。这意味着不必基于所存储的传感器数据追溯地执行认证。
根据优选的方面，认证数据可以指示在机床的控制设备上执行的NC程序在何时和/或在哪里在认证规则中指定的多个传感器信号中的一个或多个超过了相应的极限值。替代地或附加地，例如如果没有超过极限值，则可以指示在指定的时间段期间或在NC程序的执行期间在认证规则中指定的传感器信号没有一个超过相应的极限值。
根据优选的方面，通信单元可适于允许外部数据处理设备访问存储在第二存储介质中的配置数据，特别优选地用于修改配置数据。这具有的优点是：可以根据需要(例如如果要设置不同的或附加的读出或处理规则，或者如果机床改装了传感器或扩展了控制器)对配置数据进行配置。
根据优选的方面，配置数据可以指定在配置数据中指定的机床的传感器组的一个、多个或所有传感器信号的一个或多个单独的极限值。数据处理设备可适于存储与计算的传感器值相关联并且在配置数据中指定的极限值在第一存储介质中。这便于以后分析数据，因为相应的极限值也被分别存储。
根据优选的方面，控制接口单元或数据处理设备的读出单元可适于通过控制接口单元从机床的控制设备的可编程控制器的寄存器读取仪表读数。
根据优选的方面，数据处理设备还可适于将读取的仪表读数存储在第一存储介质中，特别优选地与时间戳一起存储在第一存储介质中。
图1示出了具有根据本发明实施例的数据存储设备的系统的示例性示意图。
该系统包括数据接口设备300、机床100、机床100的控制设备200和外部数据处理设备400。
机床100示例性地包括可由控制设备200控制的机床100的多个致动器110和用于向控制设备200输出与机床100的机床状态相关的传感器信号的多个传感器120。
致动器110可以包括，例如，用于控制刀具和工件之间的相对运动的可控的线性轴和旋转轴(转动轴和/或旋转轴)的驱动器，以及用于承载刀具的工作主轴(例如在铣床上)或承载工件的工作主轴(例如在车床上)的驱动器。此外，致动器110可以是电子、液压和/或气动控制阀、泵、或来自内部或外部的冷却润滑剂供应或压缩空气供应的其它供应装置。输送机、托盘更换器、工件更换器、刀库和其它机床附件也可以通过驱动器或电路或相应的致动器来控制。
传感器120可以是例如可被分配给机床的相应组件或部件(例如轴、驱动器、轴承、主轴、主轴轴承、刀库、刀具更换器、托盘更换器或工件更换器、内部或外部的冷却润滑剂供应装置、切屑输送装置、和/或液压和/或气动控制器)的传感器。可以为各个组件提供各种不同的传感器，例如位置测量传感器、电流和/或电压测量传感器、温度传感器、力传感器、加速度传感器、振动传感器、轴承诊断传感器、位移传感器、液位指示传感器、液体传感器(例如用于测量冷却液润滑剂中的PH值，油、冷却液等的含水量测量传感器)、气动系统中的含水量传感器、和/或过滤器状态传感器。
机床上的可用传感器和控制器上的传感器值的可用性可以根据机床和/或控制器的类型而非常不同。
为此，本发明示例性地提供了在用于以可修改的方式读出和处理传感器数据的配置数据中确定在机床上哪些传感器是可用的或将被读出，和如何读出相应的传感器值(例如通过定义预定的各自的读出速率)和/或如何处理和存储读出的传感器值(处理规则)。
根据本发明的数据存储单元可以基于可单独配置的配置数据以各种方式使用，并且可以被改装到具有包括大量可选的传感器的扩展的传感器包的机床，但是也可以被改装到现有机床，因为配置数据使得数据存储单元的读出功能和其他处理功能能够分别适配于相应的机床及其控制器或者根据需求配置，并且仍然独立于机床和控制器，通过数据接口设备300将传感器数据传输到其他(外部)数据处理设备。
配置数据可以被存储在例如标记语言通用数据格式(例如作为XML文件)的配置文件中。
控制单元200包括例如具有NC控制器211和可编程逻辑控制器212(也称为PLC“可编程逻辑控制”)的控制器210。
此外，控制单元200包括例如人机界面220(也称为HMI“人机界面”)，其使得机床100的操作者能够控制、监控和/或操作机床100。人机界面220包括例如可被显示在监控器或触摸屏上的图形用户界面221(也称为GUI“图形用户界面”)。
数据接口设备300示例性地包括第一接口单元310(控制接口单元)、读出单元320、处理器控制的数据处理单元330、第二接口单元340(通信单元)、和具有第二存储介质360和第一存储介质370的数据存储器350(数据存储设备)。
第二存储介质360(优选非易失性)(例如NVRAM、硬盘或闪存或SSD存储器)示例性地存储配置数据361，配置数据361指定例如机床100的传感器组120、以及用于机床100的传感器组120的传感器信号的读出和处理规则，并且第一存储介质370(例如一个或多个硬盘和/或闪存)包括例如用于存储传感器数据381(或计算的数据集)和认证数据382的、或用于存储已经由数据处理单元330计算、创建、生成或转换的数据和/或数据集的数据库或数据存储设备380。
数据存储设备350还示例性地包括数据接口390，该数据接口390适于(特别优选地，根据规则间隔地或当超过存储在第一数据存储介质中的数据量的极限值时执行的同步的、异步的数据传输或数据镜像)将存储在第一数据存储介质370中的数据传输到外部连接的数据存储设备800用于数据备份和/或长期存储。
读出单元320例如适于(特别是例如基于在配置数据中指定的读出规则)经由第一接口单元310(控制接口单元)从控制设备210(例如从PLC 212的寄存器)读取在配置数据中指定的机床110的传感器组120的传感器信号的传感器信号值。
数据处理单元330示例性地适于原始地存储由读出单元读出的传感器信号值，具体示例性地，基于配置数据中指定的处理规则来处理计算的、转换的或聚集的传感器数据，并且将处理的、聚集的传感器数据361存储在数据库380的第二存储介质380中。
第二接口单元340(通信单元)示例性地适于与外部数据处理设备进行数据传输。
作为这种外部数据处理设备的示例，图1示例性地示出了第二接口单元340被连接到控制设备200的人机界面220，使得例如操作者可以通过人机界面220的应用程序222和图形用户界面221显示传感器数据381或者访问传感器数据381，和/或可以经由图形用户界面221查看或(如果需要的话)修改配置数据361，以便例如改变或查看读出的和/或处理的规则。也可以查看或改变待读出的传感器组120。
作为这种外部数据处理设备的另一示例，图1示出第二接口单元340(通信单元)与计算机设备500(例如，外部PC、笔记本、智能手机或平板电脑)连接。计算机设备500包括应用程序502和网络浏览器501)，使得例如操作员可以通过应用程序502(例如网络应用程序)和/或通过网络浏览器501来显示传感器数据381或访问传感器数据381，可以查看或(如果需要的话)修改配置数据361，以便例如改变或查看读出的和/或处理的规则。也可以查看或改变待读出的传感器组120。为此，第一接口单元示例性地包括与应用程序502相对应的网络服务应用程序341(其作为服务应用程序或服务器应用程序可以对网络应用程序，例如应用程序222和/或502的访问授权)。
作为这种外部数据处理设备的另一示例，图1中示例性地示出第二接口单元340经由本地或全球网络600连接到服务器400，所述服务器400包括服务应用程序401(例如类似于网络服务应用程序341)。服务器400可以经由接口单元340(通信单元)请求和接收传感器数据381和认证数据382，并且将它们本地存储在服务器400上的存储介质402(例如硬盘、闪存、云存储器、外部存储阵列等)中(例如在更大的数据量中，如果存储介质370包括用于存储传感器数据381和/或还用于存储来自多个机床100的传感器数据381的环形缓冲器，则其控制器210各自连接到相应的数据存储设备300)。
附加的本地或全球网络700(例如LAN、WAN、内联网或因特网)可以将附加的服务器400和/或附加的计算机设备500连接到服务器400。
根据示例性方面，根据图1的数据接口设备300调整如下。
配置数据361指示由机床100的控制设备200使用的来自第一组通信协议的通信协议和分别由外部数据处理设备400、500使用的来自第二组通信协议的通信协议。控制接口单元310适于使用来自第一组通信协议中的每个通信协议进行数据传输，并且适于基于配置数据361来选择由机床100的控制设备200使用的通信协议用于与机床100的控制设备200进行数据传输。
通信单元340适于使用来自第二组通信协议中的每个通信协议用于数据传输，并且适于基于配置数据361来选择由相应外部数据处理设备使用的通信协议用于与外部数据处理设备进行数据传输。
因此，特别优选地，第一组通信协议包括由不同制造商或控制器版本的机床控制系统支持的若干通信协议，诸如基于OPC的通信协议、基于UDI的通信协议、和/或分别由不同制造商的不同机床控制系统(例如由Siemens、Heidenhain、Fanuc、Mitsubishi等公司的NC/PLC控制系统)支持的专有的通信协议。
此外，优选地，第二组通信协议包括若干M2M通信协议(M2M“机器对机器”)，所述若干M2M通信协议可能包括所谓的通用M2M通信协议，诸如基于OPC UA的通信协议、基于MQTT的通信协议、基于MTConnect的通信协议、和/或基于AMPQ的通信协议。
应当注意，第一组通信协议和第二组通信协议可以仅仅是各自包括不同的通信协议，不过，第一组通信协议和第二组通信协议也可以重叠，即一个组的一个或多个通信协议也被包括在另一组中。
数据处理设备330示例性地适于生成独立于第一组通信协议和第二组通信协议的预定数据格式的数据集，特别是基于经由控制接口单元310接收的数据、基于由数据处理设备330处理的数据、以及基于由数据存储设备350存储的数据。
在优选的示例中，每个生成的数据集包括标识数据，所述标识数据相对于作为生成的数据集基础的数据集指示一个或多个机床的标识、一个或多个机床部件的标识、和/或一个或多个传感器的标识；并且优选地，每个生成的数据集指示值数据和与该值数据相关联的一个或多个时间戳，其中该值数据指示指示一个或多个传感器信号和/或控制器信号值的数据值、根据多个信号值计算的一个或多个数据值、和/或指示一个或多个机床的机床状态的一个或多个状态值。另外，可以为每个数据集和/或为每个值数据的值指定数据类型，其中该数据类型指定例如对应的值是否描述了在对应的机床的工作期间的机床状态、信号值或运行事件。
此外，基于存储在第二存储介质360中的签名数据，数据处理设备330可以被设置为将电子签名添加到生成的数据集和/或检查添加到数据集的签名，和/或基于存储在第二存储介质360中的加密数据对生成的数据集进行加密，和/或基于存储在第二存储介质360中的加密数据对加密的数据集进行解密。
通信单元340示例性地适于生成包括用于分别与外部数据处理设备400、500进行数据传输的报头数据和用户数据的数据包，其中，报头数据是基于由相应的外部数据处理设备使用的通信协议生成的，并且用户数据包括由数据处理设备330生成的独立于第一组通信协议和第二组通信协议的数据格式的一个或多个数据集。
控制接口单元310示例性地适于生成具有用于与控制设备200进行数据传输的报头数据的数据包，其中，报头数据是基于控制设备200使用的通信协议生成的。
数据处理设备330可以基于配置数据361中指定的处理规则，以规则的时间间隔(特别地，该规则的时间间隔可在配置数据361中指定)生成一个或多个数据集，并且将它们发送到通信单元340，特别地，以在一个或多个数据包中根据第二组通信协议中的一个或多个通信协议传输一个或多个数据集的指令发送到通信单元340。
在另外的示例中，通信单元340可适于根据第二组通信协议的一个或多个通信协议，根据发布订阅模式在一个或多个数据包中传输一个或多个数据集到多个连接的外部数据处理设备，其中特别地，配置数据361包括指示一个或多个连接的外部数据处理设备作为注册订阅者的订阅者标识数据。
在图1中示例性地提供了特定功能的示例。通信单元340包括数据集输出单元342，数据集输出单元342可直接或经由数据网络连接到另一数据接口设备300的另一控制接口单元310，用于将由数据处理设备300生成的数据集传送到另一数据接口设备300。
为了从其它数据接口设备300接收这样的数据，控制接口单元310示例性地设置有数据集接收单元311，数据集接收单元311可直接地或经由数据网络连接到另一数据接口设备300的另一通信单元340，或连接到其数据集输出单元342，以接收由来自另一数据接口设备300的另一数据处理设备330生成的数据。
这是特别有用的，因为多个数据接口设备300可以通过相应的数据记录输出单元342和数据记录接收单元311的通信连接而串联和部分并联，以便有效地交换数据集，或者如果必要的话，以在中央布置的数据接口设备处接收和收集不同数据接口设备300的数据集，或者然后经由它们的通信单元340，灵活地利用由通信单元340支持的若干M2M协议，并且如果必要，基于示例性发布/订阅模式，以对放置在多个位置的大型的协议不均匀的机床提供其他外部的、有利地统一的、集中的和可靠的数据集。
图2示出了根据本发明另一实施例的系统的示例性示意图。
图2中描述的每个数据接口设备300例如示例性地配置为如图1所示，其中为简化起见，在图2中仅示出了通信接口，即相应的控制接口单元310(每个控制接口单元310具有未示出的数据集接收单元311)、相应的通信单元340(每个通信单元340具有未示出的数据集输出单元342)和例如直接或经由数据网络(例如LAN、WAN、WLAN、内联网或因特网)连接到相应的外部数据存储设备800的可选数据接口390。
如已经描述的，一个(或多个)数据接口390与一个(或多个)外部数据存储设备800之间的通信连接使得存储在相应的一个或多个数据接口设备300的第一数据存储介质370中的数据能够被(特别优选地，根据以规则间隔或当超过存储在第一数据存储介质中的数据量的极限值时执行的同步的、异步的数据传输或数据镜像)传输到相应的外部连接的数据存储设备800，以用于数据备份和/或长期存储。
作为示例，机床100及其控制设备200各自连接到相应的数据接口设备300的控制接口单元310(类似图1)，其中，作为示例，多个机床100及其控制设备200可被连接到同一数据接口设备300(参见图2中的两个左侧的数据接口设备300)或者，作为示例，仅一个机床100及其控制设备200可被连接到单个的数据接口设备300(参见图2中的右侧的机床100)。
控制设备200可以分别使用由相应的控制接口单元310支持的第一组通信协议的(如果分别适用的话)不同通信协议。因此，利用简单和可靠的结构，来自不同机床的数据可以被有利地和统一地读出，如果需要，在不同的位置使用不同控制器及其通信协议，并且不同控制器的数据或传感器数据、机床数据、机床状态数据、和/或指示这些数据的数据集可以在不同的系统组合中被有利地和可靠地、统一地和通用地传输。
作为示例，类似于图1，图2的左侧的数据接口设备300利用相应的通信单元340直接连接到外部计算机设备500，以便通过由该计算机设备500使用的第二组通信协议的M2M或因特网通信协议向其发送数据。
另外，三个下面的数据接口设备300的通信单元340经由它们的(未示出的)数据集输出单元342连接到图2中的上面的数据接口设备300的控制接口单元310，或者更准确地说，例如连接到它们的数据集接收单元311。这些通信连接可以直接建立或者也可以经由数据网络(本地地或全球地)建立。
这具有以下优点：图2中的上面的数据接口设备300可以在一个单一的共同的通信协议中(如果适用，基于优化的和相互调整的相应的配置数据)有效地接收和收集不同的“下级”数据接口设备300(例如在不同的位置)的数据集，以及发送这些数据集(例如经由相应的数据接口390并且示例性地经由数据网络)到外部数据存储设备800，或者高效、统一、可靠和灵活地将这些收集的有关大量机床100的数据集传输到所支持的M2M通信协议，以及以简单的方式传输到诸如计算机设备500和服务器设施400(例如，数据服务器、网络服务器、消息中介服务器等)之类的其他外部数据处理设备。
服务器400可以例如存储由本地集中的多个机床100收集的传感器数据381，并使它们可用于分析。可以经由网络(例如LAN、WAN、WLAN、内联网或因特网络，或者可选地经由相同的网络600)将数据传输到中央服务器，并且以全球集中的方式存储在那里。附加地或替代地，上级数据接口单元300的数据接口390可以将所有数据集中存储在外部数据存储设备800上。
因此，服务器400可以存储所有机床的所有传感器数据和数据集，并且使它们可用于显示、分析或比较，以便显示、分析或生成维护或备件需求预测。机床100甚至可以安装在不同的车间或不同的位置或不同的公司。
在另外的实施例中，数据接口设备的数据处理设备330还可适于以压缩形式(即在数据压缩之后)存储数据或数据集在数据存储设备中，和/或作为用户数据以压缩形式(即在数据压缩之后)输出数据集到通信单元340。
综上提供了机床和外部数据处理设备(例如服务器或服务器网络)之间的数据传输解决方案，其使得能够以简单、高效和可靠的方式进行数据交换和统一的机床状态监控，特别是在具有大量不同机床和具有用于机床状态监控的外部数据处理设备的系统中，其中所述多个不同机床部分地具有不同系列和不同制造年份，且部分地具有不同制造商和不同控制器版本的非常不同的控制器。
这提供了极其通用的协议转换功能(具体地，即转换为M2M协议，例如opcua、MQTT、MTConnect或AMQP的控制协议)，并且同时提出了灵活且有效的数据处理和数据传输解决方案，其可以通过配置数据单独地适应于最多样化的机床。
特别地，可以提供标准化的、更简单的、更清晰的数据传输或数据接口解决方案，用于监控具有不同控制器的不同机床的机床状态，此外，其可以被普遍使用而不管机床类型和/或控制器类型如何。
上面参照附图详细描述了本发明的示例或实施例及其优点。应当再次强调的是，本发明决不限于或限制于上述实施例及其特征，而是还包括对实施例的修改，特别是在独立权利要求的保护范围内、通过对所描述的示例的特征的修改或通过组合所描述的示例的一个或多个特征所覆盖的那些修改。

Claims (21)

1.一种用于数控机床(100)和外部数据处理设备(400；500)之间的数据传输的数据接口设备，所述数控机床(100)包括用于控制机床(100)的多个致动器(110)的控制设备(200)，
所述数据接口设备(300)包括：
-控制接口单元(310)，所述控制接口单元(310)用于与所述机床(100)的所述控制设备(200)进行数据传输，
-数据处理设备(330)，所述数据处理设备(330)用于处理至少经由所述控制接口单元(310)接收的数据，
-数据存储设备(350)，所述数据存储设备(350)具有第一存储介质(370)和第二存储介质(360)，所述第一存储介质(370)用于存储经由所述控制接口单元(310)接收的数据和/或由所述数据处理设备(330)处理的数据，所述第二存储介质(360)用于存储配置数据(361)，以及
-通信单元(340)，所述通信单元(340)用于与所述外部数据处理设备(400；500)进行数据传输，
其中，所述配置数据(361)指示所述机床(100)的所述控制设备(200)使用的来自第一组通信协议的通信协议，以及所述外部数据处理设备(400；500)使用的来自第二组通信协议的通信协议，
其中，所述控制接口单元(310)适于使用来自所述第一组通信协议中的每个通信协议进行数据传输，并适于基于所述配置数据(361)选择由所述机床(100)的所述控制设备(200)使用的通信协议用于与机床(100)的控制设备(200)进行数据传输，
其中，所述通信单元(340)适于使用来自所述第二组通信协议中的每个通信协议进行数据传输，并适于基于所述配置数据选择由所述外部数据处理设备(400；500)使用的通信协议用于与所述外部数据处理设备(400；500)进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的数据接口设备，其特征在于：
所述控制接口单元(310)适于与相应机床(100)的多个连接的控制设备(200)并行地传输数据；和
多个连接的控制设备(200)中的每一个控制设备的配置数据(361)指示由相应控制设备(200)使用的来自所述第一组通信协议的通信协议，
其中所述控制接口单元(310)适于基于所述配置数据(361)选择由一个控制设备(200)使用的通信协议用于与多个连接的控制设备(200)中的其中一个控制设备进行数据传输，并适于基于所述配置数据选择由另一控制设备(200)使用的通信协议用于与多个连接的控制设备中(200)的另一个控制设备进行数据传输。
3.根据权利要求1或2所述的数据接口设备，其特征在于：
所述通信单元(340)适于与多个连接的外部数据处理设备(400,500)并行地传输数据；和
多个连接的外部数据处理设备(400,500)中的每一个外部数据处理设备的配置数据(361)指示由相应的外部数据处理设备使用的来自所述第二组通信协议的通信协议，
其中，所述通信单元(340)适于基于配置数据(361)选择由多个连接的外部数据处理设备中的其中一个外部数据处理设备使用的通信协议用于与多个连接的外部数据处理设备中的其中一个外部数据处理设备进行数据传输，并适于基于配置数据(361)选择由多个连接的外部数据处理设备中的另一个外部数据处理设备使用的通信协议用于与多个连接的外部数据处理设备中的另一个外部数据处理设备进行数据传输。
4.根据前述权利要求之一所述的数据接口设备，其特征在于：
用于一个或多个机床的配置数据(361)指示相应机床的相应传感器组和/或相应机床(100)的传感器组的传感器信号的读出和处理规则，每个机床包括多个传感器(120)，所述传感器(120)用于将与相应机床(100)的机床状态有关的传感器信号输出到相应机床的控制设备(200)；
其中，所述数据接口设备(300)包括读出单元(320)，所述读出单元(320)用于基于在配置数据(361)中指示的读出规则，经由控制接口单元(310)读出在配置数据(361)中指示的机床(100)的传感器组的传感器信号的传感器信号值；和/或
其中，所述数据处理设备(330)适于基于在配置数据(361)中指定的处理规则，将由读出单元(320)读取的传感器信号值处理成聚集的传感器数据。
5.根据前述权利要求之一所述的数据接口设备，其特征在于：
所述数据处理设备(330)适于生成独立于第一组通信协议和第二组通信协议的预定数据格式的数据集，特别是基于经由控制接口单元(310)接收的数据、基于由数据处理设备(330)处理的数据、和/或基于由数据存储设备(350)存储的数据。
6.根据权利要求5所述的数据接口设备，其特征在于：
每个生成的数据集包括标识数据，所述标识数据相对于所生成的数据集指示一个或多个机床的标识、一个或多个机床部件的标识、和/或一个或多个传感器的标识。
7.根据权利要求5或6所述的数据接口设备，其特征在于：
每个生成的数据集指示值数据和与值数据相关联的一个或多个时间戳，
其中，所述值数据指示多个数据值，所述多个数据值指示一个或多个传感器信号值和/或控制信号值、从多个信号值计算的一个或多个数据值、和/或指示一个或多个机床的机床状态的一个或多个状态值。
8.根据权利要求7所述的数据接口设备，其特征在于：
为每个数据集和/或为所述值数据的每个值指定数据类型，其中所述数据类型指示相应的值是否描述了相应机床的运行期间的机床状态、信号值或运行事件。
9.根据权利要求5至8之一所述的数据接口设备，其特征在于：
所述数据处理设备(330)基于存储在第二存储介质(360)中的签名数据进行调整，以将电子签名添加到生成的数据集和/或验证添加到数据集的签名。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的数据接口设备，其特征在于：
所述数据处理设备(330)基于存储在第二存储介质(360)中的加密数据进行调整，以基于存储在第二存储介质(360)中的加密数据对生成的数据集进行加密和/或对加密的数据集进行解密。
11.根据权利要求5至10中任一项所述的数据接口设备，其特征在于：
所述数据处理设备(330)还适于将标识签名添加到生成的数据集。
12.根据权利要求5至11中任一项所述的数据接口设备，其特征在于：
所述通信单元(340)适于生成包括报头数据和用户数据的数据包用于与所述外部数据处理设备(400；500)进行数据传输，
其中，所述报头数据是基于所述外部数据处理设备(400；500)使用的通信协议生成的，并且所述用户数据包括由所述数据处理设备(330)生成的独立于第一组通信协议和第二组通信协议的数据格式的一个或多个数据集。
13.根据权利要求5至12中任一项所述的数据接口设备，其特征在于：
所述控制接口单元(310)适于生成包含用于与所述控制设备(200)进行数据传输的报头数据的数据包，
其中，所述报头数据基于所述控制设备(200)使用的通信协议生成。
14.根据权利要求5至13中任一项所述的数据接口设备，其特征在于：
所述数据处理设备(330)基于配置数据(361)中指定的处理规则，以特别是在配置数据(361)中指定的规则的时间间隔生成一个或多个数据集，并将它们发送到通信单元(340)，特别是以在一个或多个数据包中，根据第二组通信协议中的一个或多个通信协议传输一个或多个数据集的指令发送到通信单元(340)。
15.根据权利要求14所述的数据接口设备，其特征在于：
所述通信单元(340)适于根据第二组通信协议中的一个或多个通信协议，根据发布订阅模式在一个或多个数据包中传输一个或多个数据集到多个连接的外部数据处理设备(400,500)，其中配置数据(361)特别包括指示一个或多个连接的外部数据处理设备作为注册订阅者的订阅者标识数据。
16.根据前述权利要求之一所述的数据接口设备，其特征在于：
所述通信单元(340)包括数据集输出单元(342)，其可以直接或经由数据网络连接到根据前述权利要求之一的另一数据接口设备(300)的控制接口单元(310)，用于将由数据处理设备(300)生成的数据集传输到另一数据接口设备(300)。
17.根据前述权利要求之一所述的数据接口设备，其特征在于：
所述控制接口单元(310)包括数据集接收单元(311)，所述数据集接收单元(311)可以直接或经由数据网络连接到根据前述权利要求之一的另一数据接口设备(300)的通信单元(340)，用于接收其他数据接口设备(300)的由数据处理设备(330)生成的数据集。
18.根据前述权利要求所述的数据接口设备，其特征在于：
所述通信单元(340)适于从外部数据处理设备接收配置指令，
其中所述数据处理设备(330)适于基于经由通信单元(340)接收的配置指令修改存储在数据存储设备(350)中的配置数据和/或存储新的配置数据。
19.根据前述权利要求之一所述的数据接口设备，其特征在于：
数据存储设备(350)具有数据接口(390)，所述数据接口(390)适于特别是根据以规则间隔或当超过存储在第一数据存储介质中的数据量的极限值时执行的同步的、异步的数据传输或数据镜像，将存储在第一数据存储介质(370)中的数据传输到外部连接的数据存储设备(800)以用于数据备份和/或长期存储。
20.根据前述权利要求之一所述的数据接口设备，其特征在于：
所述外部数据存储设备通过本地或全球网络连接，并且包括外部数据服务器、网络服务器、外部消息代理单元和/或根据前述权利要求之一的另一数据接口设备，或者是外部数据服务器、网络服务器、外部消息代理单元、和/或根据前述权利要求之一的另一数据接口设备(300)。
21.一种系统，所述系统具有根据前述权利要求之一的一个或多个数据接口设备(300)和一个或多个外部数据处理设备(400,500)，所述一个或多个外部数据处理设备(400,500)通过本地或全球数据网络(600)连接到至少一个数据接口设备(300)的通信单元(340)，其中特别地，至少多个数据接口设备(300)中的其中一个的一个通信单元(340)通过本地或全球数据网络(600)连接到另一数据接口设备的控制接口单元(310)。
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