基于B/S模式的数控机床主轴远程故障诊断系统研究

刘 勇，吴 磊，程国飞

（中山火炬职业技术学院光机电工程系，广东中山528436）

数控机床是制造企业生产线上的关键设备，而其主轴系统，则是关键零部件。由于其技术密集和知识密集的特点，如果发生故障，通常都是由机床制造厂商或者相关维修专家检测、诊断和维修，现场工作人员和技术人员通常无力解决。在现有的条件下，机床制造厂商的专业技术人员和相关专家如果亲临现场诊断维修，必然会增加各方面的费用，同时也延误了生产企业的加工生产，降低了生产效率，增加了企业生产经营成本。

近年来，随着计算机和网络等相关技术的发展和推广，网络安全、网络速度、计算机硬件以及网络应用软件等方面，都取得了长足的进步，从而为各行业应用互联网实现行业技术推广和应用提供了坚实的基础。为了解决机床维修成本高、效率低的问题，李鹏南[1]、张书诚[2]等人先后提出了数控机床应用Internet实施远程故障诊断方案。

针对上述行业发展现状，本文提出了基于B/S模式的数控机床主轴远程故障诊断系统。本系统通过搭建面向生产制造的数控机床主轴远程故障诊断服务平台，以有偿服务的方式向行业内企业提供信息业务的外包服务，建立了一种利用计算机信息技术的机床主轴诊断系统，来弥补传统故障维修技术的不足。系统通过网络客户端的传感检测设备采集信号，一旦出现故障，及时将信号传递给本系统，系统对信号进行分析，给出建设性的解决方案。

1 基于B/S模式的远程故障诊断系统总体框架

1.1 基于B/S的三层系统模型

系统采用 B/S（Browser/Server）三层体系结构[3~5]，即表示层、逻辑层和数据层，整个系统组织如图1所示。表示层，即用户浏览器所能浏览到的网络页面，其负责处理用户设计参数输入和设计结果显示；逻辑层，即应用服务器层，是整体系统的核心，采用微软IIS技术构建，其根据用户的请求，进行后台运算；数据层负责数据的存储和显示等操作。

B/S模式简化了客户端负荷，只需装上浏览器作为客户端的运行平台，把原来在客户机一侧的应用程序模块放到应用服务器上单独组成一层，从而大大减轻了客户机的压力。用户使用浏览器上网，向应用服务器发送请求，查询数据库，执行应用程序，并将结果信息组织成超文本标记语言页面发送给用户。这种模式克服了C/S二层结构负荷不均匀的弊端，具有易于维护和升级、用户界面具备一致性和友好性、操作使用方便、应用程序开发与管理成本低等优点，是开发远程设计服务系统的最佳模式。

图1 系统B/S结构图

1.2 远程故障诊断系统结构设计

系统模型结构如图2所示，系统主要包括数控机床主轴故障信息采集系统、网络数据传输和远程故障诊断三大模块。

图2 数控机床主轴远程故障诊断系统结构图

故障信息采集系统主要借助安装在数控机床主轴上的各种传感器，采集设备上的状态信息，如转速、振动频率等信息。Web网络是连接用户与故障诊断系统的桥梁。此外，还可以连接不同地点的专家，通过视频会议等方式，对机床主轴系统进行联合诊断，极大的提高了诊断效率。

数控机床主轴远程故障诊断系统结构如图3所示，主要有系统管理模块、故障诊断模块、专家系统模块、数据库模块、在线帮助模块和系统安全模块。

图3 系统模块结构图

（1）系统管理模块。负责系统配置、安全管理。模块实现企业用户的注册、登陆、修改、注销；同时要完成用户权限的分配、设计过程的全程监控管理等功能。

（2）故障诊断模块。对系统接收的远程信号进行分析诊断，给出诊断结论，提出建设性维修意见。

（3）专家系统模块。将机床主轴系统常用的故障诊断方法和经验，转化为一定规则解释，贮存于系统之中，同时将典型的数控机床主轴故障及其维修方法，也保存在专家系统模块。

（4）数据库模块。数据库主要包括以下内容：

第一，保存远程客户提供的注册信息、请求指令和任务数据等；

第二，保存采集到的客户端信号以及故障诊断结论，供远程用户查看、下载；

第三，保存系统常用的公用数据。数据库模块和其它模块实时、动态连接，对系统起到重要的支撑作用。

（5）在线帮助模块。系统会在用户提供设计参数会提供在线帮助功能，使用户能够方便、快捷得使用本系统。

（6）网络安全模块。此模块作用使防止注册或非注册客户的恶意或无意的攻击，以保证系统的安全可靠运行、客户个人信息及设计资料的安全。通过以下三个途径实现网络安全：一是对服务器合理配置；二是对资料和源程序进行加密保护；三借助现有的杀毒软件和防火墙。

2 系统所需要的关键技术

2.1 网络数据库技术

通过在Microsof t Windows 2000 Server操作系统上安装Microsof t SQL Server 2000大型数据库，用以存储采样数据。SQL Server 2000是基于客户机/服务器的大型网络数据库，具有高性能、分时性、基于服务器的处理能力等优点。由于SQL Server与Microsof t Windows 2000 Server采用无缝连接，使得系统的数据库具有更高的安全性。

2.2 动态网络环境开发技术

早期传统的网页只是静态的图文组合，用户可以在网页上阅读文字和图像信息，但无法做到查询、在线调查、留言、讨论、数据库管理等一系列的服务器和客户端的交互性质的活动，这显然不能满足本服务系统的要求。

目前动态网络环境开发技术，主要有公共网关接口技术、ASP技术、PHP技术、JSP技术、ASP(Active Server Page).net技术。ASP.net是Microsof t.NET的一部分，具有强大性和适应性等优点。基于ASP.net的诸多，本服务系统采用其作为动态网络环境开发技术。在其环境下，结合其他工具，开发上述设计服务系统的各大功能模块。

2.3 数据传输技术

系统中大量采样数据的实时传输是一个难题。为解决这个问题，系统利用TCP/IP网络协议，构成基于B/S的数据传输模式，并采用VB.net编写ActiveX控件，作为ASP.net组件直接嵌入到网页中，并运用VBScript语言编程。客户端在使用常用浏览器浏览相应的网络页面时，立即下载运行内嵌的小程序。该程序的功能就是连接服务器中的SQL Server2000数据库，并通过网络从数据库中取出数据，并在客户端浏览器上显示采样数据和相应的诊断信息。

3 结束语

面向机械行业的B/S应用服务模式，目前正在中国兴起，但许多方面仍处于探索、尝试之中。本文提出的数控机床主轴远程故障诊断系统，是对如何利用互联网为生产加工企业提供机床主轴诊断的一种尝试。通过本系统，中小制造企业可以在机床故障诊断过程中得到有力的技术支持，从而提高企业生产效率，降低企业成本。本系统整体架构是一个开放的架构，在此平台下可对系统进行升级和维护，添加新的功能模块。

本系统在网络安全、系统速度优化等方面需要进一步提高。此外，由于机床主轴远程故障诊断系统是一个复杂的系统，仍然有许多工作需要去完善，随着后续工作的开展和基础环境的逐步成熟，系统将会得到进一步改进和完善。

[1]李鹏南，尹喜云，黄振宇.基于Web的CNC机床远程故障诊断系统[J].机床与液压，2007，35(3)：193-195.

[2]张书诚，焦明华.数控机床远程故障诊断技术研究[J].机床电器，2007，(2)：5-7.

[3]代冬升，李铮铮，等.基于B/S结构的远程故障诊断模型研究[J].河北省科学院学报，2007，24(3)：17-19.

[4]孙知建，盛 文，等.基于B/S模式的雷达装备远程故障诊断系统[J].火力与指挥控制，2009，（39）：103-105.

[5]曾锐利，肖云魁，等.汽车远程故障诊断与维修系统研究[J].电子测量技术，2009，32(7)：129-131.