数控机床远程故障诊断系统研究

2014-01-25苗君明

电大理工 2014年3期

苗君明

辽宁广播电视大学（沈阳 110034）

网络技术的发展为数控机床的状态检测与诊断提供了便捷的技术手段，基于网络技术的诊断系统可以有效地实现资源共享、远程会诊，也可以对企业人员进行远程培训和知识传播。数控机床是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品，是企业生产线上的关键生产设备。如果发生故障，不能及时维修，将给企业造成经济损失。因此企业用户十分重视在数控机床出现故障征兆信号时如何提前进行诊断及如何及时维修处理。

1 数控机床远程诊断系统的意义及现状

1.1 数控机床远程诊断系统的意义

数控机床远程诊断系统能实现对数控机床的远程检测和管理，从而保证机床正常运行；可以实现网络上的诊断数据共享，利用网络专家对机床故障进行远程会诊，提高故障诊断的智能化水平和可靠性；可以缩短分析故障信息的时间，提高诊断效率，减少停机时间，增强企业的竞争力；可以方便数控机床使用者、机床制造方和专家之间的联系，能够在较短时间内获得大量信息、维修经验，提升服务水平。

1.2 数控机床远程诊断系统的现状

国外数控机床制造商在所生产的产品中添加了远程诊断模块，有利于远程指导和维修。当数控机床在使用过程中出现故障时，都可以通过网络从制造商维护中心获得相关资料，对于常见故障，可以利用网络通讯加以解决；对于严重故障，可以通过信息交互模式，快速解决。国内数控机床制造商在远程诊断方面还比较薄弱，还没有成熟的产品和集成功能的网络技术。近年来，我国数控研究者相继开发了蓝天I型，航天I型等开放式数控系统，为实现远程故障诊断提供相应技术准备和可能。

2 系统总体结构

数控机床远程故障诊断系统结构体系主要分为数控机床状态检测和故障预处理终端、远程故障诊断中心两部分。状态检测和故障预处理终端安置数控机床上，用于监控数控机床现场的状态和对故障信息预进行处理；远程故障诊断中心安装在数控机床服务中心的服务器上，实现专家系统故障分析和诊断功能。系统体系结构如图1所示。

数控机床状态监测和故障预处理终端是状态检测和故障诊断的关键部件，根据需要，将不同功能的传感器安装在数控机床相应位置，获得数控机床实时运行状态信息，如温度、转速、振动、压力等；通过数据传输系统，获得数控机床各种运行参数和故障代码，对数控机床的运行数据和故障特征进行综合预处理，利用神经网络和故障处理技术，形成状态数据和故障数据包，当数控机床运行状态异常或潜在异常时，利用网络将数据发送到远程故障诊断中心，获得故障机床的状态检测信息，利用专家系统进行故障分析，完成故障的远程检测。对于疑难故障，可以进行远程专家会诊，判断故障内容，提出处理方案，指导数控机床维修人员对机床进行维修。

3 系统功能和实现

系统由故障诊断系统、故障信息系统、数据传输系统和远程故障预警与诊断中心组成。

3.1 故障诊断系统

该系统有信息处理系统和信息采集系统组成。信息采集系统在线采集数控机床的运行状态，并将数控机床的温度、转速、振动信号由电荷放大装置和A/D转换装置进行信号转换，再经过信息处理系统中除噪、信号分析等环节，最后对信号进行分类，归一化处理，输入故障信息系统。

3.2 故障信息系统

故障信息系统定时采集各个子系统的特征信号，丰富数据库；运用小波分析和神经网络的方法对所接收到的信号进行分析；对数控机床当前运行状态进行评估，并给出预测结论。当数控机床运行参数偏离正常范围时，系统将根据不同情况，给出相应警告及处理办法，如图2所示。

图2 故障信息系统

3.3 数据传输系统

数据传输系统将数控机床的运行状态特征通过网络送到远程故障诊断中心，再将诊断意见输送到故障信息系统。

3.4 远程故障预警与诊断中心

远程故障预警与诊断中心是数控机床远程诊断系统的核心和关键技术，主要由信息交流模块、故障诊断模块、知识库模块、用户模块和机床信息管理模块等5部分组成。信息交流模块主要实现故障诊断中心、故障诊断模块与故障信息系统之间信息交流。故障诊断模块是故障诊断的核心部分，主要实现对远程诊断请求信号进行处理、分类，可以提供在线诊断和离线诊断等功能。知识库中的知识数量和质量是远程故障预警与诊断中心的核心模块，决定着诊断的准确性。诊断系统中各诊断程序与知识库相互独立，知识库具有自动更新的功能，随着数控机床故障的发生与解决，自行将故障信息进行整合，得出对应故障特征向量和故障代码，不断完善和充实知识库，从而提高诊断的质量和性能，达到满足远程诊断的需要。知识库中当数控机床发生故障，将会求助与远程故障诊断中心，增加了“临床”机会，增加知识积累，同时专家也可以根据具体情况对知识库进行整理，提供诊断效率。用户模块主要实现用户的注册、管理及信息查询，用户主要包括专家和企业技术人员。机床的信息管理是按照时间顺序对每一台机床建立相应的档案，内容主要包括机床生产的时间、技术文档；机床维护时间、维护档案；机床发生故障时间、故障原因、处理结论；主要部件生产时间、技术文档等。