基于MySQL数据库技术的冲床故障诊断

郑 义

（长春师范学院 网络中心，长春 130032）

0 引言

近年来，为了节省成本支出，增加企业利润，制造业中的全面自动化已经成为了众多企业追求的目标。尽管自动化技术的出现已经极大的推动了现代制造业的快速发展，为制造业大幅降低了人力成本，但信息的有效传递始终是制造业效率提升的瓶颈，例如机械故障远程监控与诊断等问题上的很多不便。

进入二十一世纪以来，自动化、网络通信、微电子以及计算机等技术的快速发展极大的推动了现代制造业的发展。采用现代信息技术与网络技术构造先进的远程监控系统，可以在一定程度上缓解上述问题。在制造业中，远程监控系统是一个制造执行系统的前端，也是自动化制造过程中必要的软件设施。通过远程监控系统，可以利用先进的网络技术将收集到的数据传输给后端的数据库，提供给制造系统使用。目前利用现代信息技术与网络技术，制造业的控制和管理已经达到一个新的起点[1,2]。

冲床是高速运行的板金冲压设备，它具有短的生产周期，极高的灵活性与生产效率，在板金加工中占有非常重要的位置。因此，对冲床设备进行远程监控与及时的故障诊断，提高制造业的可靠性，已成为当前一项重要的任务。如果在冲床设备的监控中通过网络进行通信，将数据及时的传输给后端的监控端，并利用数据库技术进行有效的处理，将大大的提高制造业中冲床设备的监控效率。然而，目前现有的研究鲜少利用网络通信与数据库技术实现冲床的远程监控与故障诊断。

本文基于网络通信和计算机技术，提出一种基于MySQL数据库的制造业中冲床故障诊断方案，通过PLC和Internet网络获得冲床传动信息，将远程监控系统的数据库通过ODBC后，用MySQL数据库与PHP实现远距离的故障诊断。

1 冲床故障诊断

根据《数控机床可靠性试验规范》，我们首先对冲床的故障模式进行分析，按照故障发生的频率，我们将故障模式进行分类，如表1所示。

表1 冲床的常见故障模式

为了将这些故障数据传输到后端数据库处理，本文将采用数据采集器进行数据的收集，即PC机与可编程控制器(PLC)连接获取数据。数据采集器的功能，在于启动时不断的向PLC读取数据，而PLC的数据则是来自于相连接的生产制造设备。数据采集器将PLC传送过来的数据以特定的格式储存于其暂存器中。此后，使用MySQL数据库进行数据储存。

2 MySQL数据库技术

所谓的数据库管理系统，就是一个把所有数据处理相关的技术全部集合在一起的软件系统。换句话说，这个系统必须提供建立数据表、新增数据、查询数据以及删除数据的方法。在关系数据库模型中，数据库是一个许多数据表的集合，数据表内有些字段的内容是这笔数据所特有的信息，而有些字段的内容则是如何参照其他数据表数据的信息，这样记录之间的链接就会被内部化。

结构化查询语言(SQL)是专门设计来和数据库沟通的程序语言，包括MySQL在内，大部分关系数据库都使用SQL来操作资料。MySQL符合主从式的中心思想：一个强大的服务器，须能同时服务多个Client[3]。和大多数的应用程序一样，MySQL也采用TCP/IP 作为通讯时的协议。更为重要的是：MySQL是公开的源码。MySQL程序以C、C++开发而成，并成功编译成Linux、FreeBSD、OS/2、Win98、WinNT、Win2000、WinXP 等操作系统。它提供不同程序语言的API呼叫。SQL 函式由高度优化之类别函式库所实作。MySQL 程序包括了多种字段型态：interger、FLOAT、DOUBLE、CHAR、VARCHAR、TEXT、BLOB、DATE、TIME、DATETIME、TIMESTAMP、YEAR、SET 和ENUM。客户端可以使用TCP Sockets、Unix Sockets 或Named Pipes与MySQL服务器程序联机。

3 基于MySQL的机床远程监控

在制造业中，一个完整的制造执行系统一般包括远程监控系统(RMCS, Remote Monitoring and Control System)、决策支持系统(DSS, Decision Support System)、企业规划(ERP, Enterprise Resource Planning)等功能。在制造业中，远程监控系统是一个制造执行系统的前端，也是自动化制造过程中必要的软件设施。通过远程监控系统，可以利用先进的网络技术将收集到的数据传输给后端的数据库，提供给制造决策系统使用。

远程监控系统构建过程如下：通过可编程控制器(PLC)和Internet网络获得制造工厂内部工作场所的图像及远程控制工厂内摄影机记录的视频，使操作员能在远距离之外通过Internet网络监控工厂内部的工作情况，并且由上述生产数据建立WEB数据库。再将远程监控系统的数据库通过开放式数据库连接(Open DataBase Connectivity，ODBC)后，用MySQL数据库来进行整合。最后，通过Internet让管理者及客户用浏览器就能了解制造工厂内的生产状况。

本文研究的制造业冲床远程故障诊断系统如图1所示。

图1 冲床远程故障诊断系统组成

3.1 可编程控制器

通过仿真器与主程序的搭配，可以将制造设备的某些异常状况显示于计算机屏幕上，并将这些异常的数据加以储存。由制造设备的监控系统结合可编程控制器，不仅可以实时监控设备的机器状况，并且可将每一笔数据记录存入数据库中，并建立网络数据库，令操作人可在远程使用及监控数据库状态。可编程控制器运作过程如下：当可程控器送电后，先执行各项初值设定，再检查软件语法是否正确与硬件有无错误讯息，一切正常则等待运转命令。当运转信号启动，首先读取各个输入状态，并存入内存中[4]。再按应用程序的顺序，依序执行每一步序直到END 指令为止，这是一个扫描周期。完成一次扫描后，即建立完成输出状态表，输出模块再按状态输出表处理输出信号，完成输出信号处理后，再重复执行，直到停止信号启动，可编程控制器才停止运转。

3.2 PHP

本文利用MySQL数据库先与网页编辑软件连接，再搭配PHP 动态网页程序中的Phpmyadmin的功能替服务器端建立在线数据库，并通过Dreamweaver网页编辑软件输出，使服务器数据库的内容能自动更新。

PHP 程序是由Rasmus Lerdorf 在1995年开发，用于动态网页设计，且开放原始码的程序语言。相比其他动态网页开发的程序，如：ASP、JCGI等。PHP具有许多的优势。动态网页是一种可先在服务器端执行的网页，当使用人要求读取网页数据时，先在服务器端依程序的设计内容处理，之后再将结果以HTML格式的内容显示给用户的浏览器。因此，在浏览同一个页面时，不同的使用者看到的网页内容也不一定相同。

3.3 系统开发环境与实现步骤

系统开发的相关环境如下。

1）操作系统－WindowsXP；

2）MySQL 版本－4.0.7 source distribution for Windows；

3）编译工具－Microsoft Visual C++ 6.0。

将冲床的不同故障模式的数据，包括旋转不同步、软件功能失常、液、气、油渗漏、几何精度超标、零部件与元器件损坏、电机不能正常工作、连锁失灵的异常信号进行记录，通过MySQL数据库处理，并与网页编辑软件结合以网页形式输出信息。数据收集器、数据库与Web网站整合图如图2所示。基于MySQL的冲床远程故障诊断系统中数据库的操作步骤如下。

1）建立数据库，然后在ODBC界面建立数据收集函数，并将其路径指定到数据库。

2）使用SQL的叙述指令Create table建立数据表格、栏位与索引。

3）使用SQL的叙述指令Insert info对数据表增加数据。

4 结论

图2 数据收集器、数据库与Web网站整合图

在制造业中，远程监控系统是一个制造执行系统的前端，也是自动化制造过程中必要的软件设施。自动化技术在为制造业大幅降低了人力成本的同时，也造成了信息的传递、机械故障维修等问题。采用现代信息技术与网络技术构造先进的远程监控系统，可以在一定程度上缓解上述问题。本文基于网络通信和计算机技术，提出一种基于MySQL数据库的制造业中冲床故障诊断方案，通过PLC和Internet网络获得冲床传动信息，将远程监控系统的数据库通过ODBC后，用MySQL数据库与PHP实现远距离的故障诊断。

[1]沈爱群.基于Interne面向机床的远程监测与故障诊断系统的研究与开发[D].南京: 东南大学机械工程系, 2004.

[2]任建平, 白恩远, 王俊元, 赵美虹.现代数控机床故障诊断及维修[M].北京, 国防工业出版社, 2002.

[3]飞思科技产品研发中心.SQL Server 2000数据库和数据仓库[M].电子工业出版社, 2001.

[4]齐从谦, 王士兰.PLC技术及应用[M].北京: 机械工业出版社, 2000.