组合机床故障远程诊断和处理的新方案

北京北方红旗精密机械制造有限公司 贾永强 张蕴华

组合机床故障远程诊断和处理的新方案

北京北方红旗精密机械制造有限公司 贾永强 张蕴华

本文介绍一种利用网络通讯技术设计的一种组合机床故障远程诊断和处理控制方案。方案利用互联网接入技术、计算机技术和可编程控制技术，对组合机床实现远程控制、程序参数监视、故障点报警信息输出，同时将所有事件自动输入数据库，形成各种历史数据报表，以便对组合机床进行远程故障诊断和及时作出处理办法。

组合机床；远程；IP地址；费用

1 问题的提出

我公司产品主要是组合机床及自动加工线，组合机床是一种高效机械加工设备。

以压缩机缸体加工为例，目前13秒即可加工完一个工件，日加工量在5000件左右。机床出现故障停机，哪怕一天都会给客户造成巨大损失。因此及时排除机床故障，减少停机时间对客户来讲尤为重要。

但由于我司产品的用户基本都在外地如广东、重庆、福建、江浙、山东、河南等地，加上维修工程师数量有限，有时不能及时到达客户现场处理问题，有的在路途上要耽误2天的时间。这样不但延长了客户问题的处理时间增加客户的停产损失，我司电气工程师到远处客户现场的时间和费用也大量增加，同时手中其它工作也要暂时放下，对公司内部的运行也会产生影响。为了解决这些问题，我们提出了组合机床故障的远程诊断和处理的技术方案。

2 实现远程控制的通讯方案

机床的控制器通常采用PLC(可编程控制器), 我司组合机床一般采用三菱FX3U系列的PLC，PLC里面有控制程序、参数以及各种运行数据，要实现远程控制，就是要对程序及参数和数据进行监控，判断机床的故障点从而对问题进行处理。要进行这些工作首先就要建立本地计算机和客户处机床控制器之间的通讯，这是实现远程控制的基础。

两种远程控制采取的通讯方式如下。

（1）通过调制解调器（MODEM）经电话网络进行远程控制

通过MODEM远程监控的方法：PLC现场增加直拨电话线路一条，MODEM一部，通过远程电话网络和制造厂调制解调器连接至本地计算机。缺点是电话线路会造成不稳定，用户需要专用良好的电话线路，维护时会产生电话费用。

结合我司组合机床说明，就是在本地计算机上使用Windows版的编程软件（GX-Developer），通过调制解调器（MODEM）和电话网络与客户现场的调制解调器通讯，与连接在客户调制解调器上的机床控制器可编程控制器之间，执行程序编辑以及监控的功能，连接示意图如下。

由于技术方面的原因，这种拨号形式现在已经渐渐落伍，处于淘汰的边缘。

（2）通过互联网（internet）来进行远程控制

在互联网上想要访问到某一个设备就需要知道该设备的IP地址，而该设备想要被访问也需要有一个IP地址，即在整个互联网上，要想访问到某一个PLC站，就需要该站有一个在互联网上能够被访问到的IP地址。

互联网上的IP地址一般有两种，即固定（静态）IP地址和动态IP地址。

IP地址需要向当地的ISP申请得到。固定（静态）IP地址由于资源有限，因而申请和使用的费用较高，因而靠固定（静态）IP地址进行大量PLC设备的远程访问显然是不经济的。（当然，这种方式也有其应用的环境，比如实时监控）。

相比之下使用动态IP地址的互联网接入方式就显得较为实际。互联网连接从硬件上来分又可分成有线方式和无线方式两种，连接示意图如下。

3 具体远程控制方案

采用互联网连接方式，在客户端采用无线连接互联网的方式。

由于客户现场的复杂性，有的会有有线的网线接口，而大多数情况下是没有的。因此我们确定了一种在客户现场进行无线连接网络的硬件方案，这样不论客户现场情况如何都可以使用。具体方案介绍如下。

远程连接有两种方式，一是通过IP地址：通过现场的路由器获取设备的IP地址实现远程连接。二是通过域名：利用路由器的动态域名分析（DDNS）功能，实现远程连接。

这里我们通过第二种连接方式也就是DDNS动态域名分析功能方式进行远程连接。

互联网上，任何一个域名都是唯一的，路由器将域名与目标设备的IP地址绑定，在软件GX-Developer上，只需要添加域名，就可以找到远程的设备，连接示意图如下。

下面是采用DDNS动态域名分析功能方式进行远程连接的具体细节。

3.1 基本概念

DDNS：就是动态域名解析。

Oray：是专门提供域名注册和域名解析软件的网站，域名解析功能被内置在很多路由器内，可以免费使用。

因为域名的唯一性，通过DDNS可以将连接到路由器上的任何设备的IP地址与域名绑定，有了DDNS，即使不知道远程设备的IP地址，通讯软件GX-Developer也可以通过域名直接访问远程的PLC。

3.2 远程控制图解说明

PLC（可编程序控制器）或HMI（人机界面）通过3G上网。

无需VPN(虚拟网络)服务器，路由器内置DDNS，可以通过域名解析建立连接。

也可以通过路由器直接获得IP地址。

路由器将互联网与我司组合机床的控制器FX3U系列PLC的连接HMI的端口建立TCP/IP连接。

GX-Developer通过域名或IP地址建立远程连接。

3.3 硬件配置和连接

现场PLC或HMI连接到3G路由器的LAN端口。

3G路由器通过USB连接3G上网卡，测试网络连接成功。

本地计算机连接到互联网，可以通过ADSL或3G上网。

3.4 路由器配置

配置路由器网络参数，选择3G网络并选择自动连接。

配置无线网络SSID和安全密码。

配置路由器的虚拟服务器转发端口，HMI端口号为6000，IP地址是HMI的IP地址。

配置DDNS，输入分析软件的账号和密码，并进行测试连接。

3.5 通讯软件配置

●在软件GX-Developer（PLC开发软件）上建立远程连接。

●PLC或HMI的配置：

配置好以太网端口的IP地址、子网掩码和网关

IP直至设定必须与路由器的LAN地址在同一网段

PLC或HMI的网关地址即为路由器的LAN地址

在软件GT-designer(人机界面开发软件)中打开远程访问，启用数据共享

3.6 远程诊断和处理

通讯建立之后，利用三菱PLC编辑和监控软件GXDeveloper及人机界面软件GT-designer，可以对客户方机床控制器PLC及HMI的控制程序、参数及其它运行数据进行监控、编辑等，从而快速查出机床故障并予以处理。

3.7 方案成本估算

成本投入—最低1100元

3G路由器：300元

3G上网卡：200元全国通用

流量费：600元/年（不同地区的费用有差别）。

4 创新点

运用当前广泛使用的互联网无线连接技术。

通过DDNS功能的路由器和PLC或HMI相连接获取动态域名和IP地址。

使用专用PLC和HMI编辑软件实现远程监控，对机床故障进行诊断和处理。

5 经济效益分析

（1）节约成本-可以减少电气工程师到现场服务的时间和费用。

（2）提高效率-及时解决客户机床存在的问题，提高公司的服务效率和质量，减少客户的损失。

（3）这项技术实施的费用-最低投入大约1100.00元。我司工程师只需采用工作用的计算机即可，不用另外投入费用。

（4）举例分析：

2012年我司电气工程师售后服务出差共238天20次，每天出差费用215.00元、公司到客户处的飞机和车费平均每次3000.00元，差旅费总计：238（出差天数）x215（每天差费）+3000（出差机车费）x20（出差次数）=111170.00元.。

出差人员平均月工资5000.00元，出差期间人员工资总计：5000(人员月工资)x238（出差天数）/25（每月工作日）=47600.00元。

出差总费用111170.00+47600.00=158770.00元。

如果实施远程诊断及处理技术，这其中75%的出差都是可以通过远程解决的，再扣除5%工程师远程服务的费用，直接节约成本70%，158770.00x70%=111139.00元。

另外客户停产时间缩短，客户每天按产能5000件，每件的加工利润1元计算，每天即可节约5000.00元，客户全年可减少损失238x70%x5000=833000.00元。

该方案实施同时也会提高我司的售后服务效率和客户美誉度以及公司的形象和产品档次，由此带来的经济效益是不可估量的。

6 应用前景

该方案已经通过论证切实可行,完全能够达到工程师在公司内部对远方客户现场机床的控制器进行监控，对机床进行故障诊断和处理的目的。将在我司制造的组合机床机及生产线上采用。

[1]谢希仁．计算机网络[M]．电子工业出版社,2012．

[2]日本三菱电机株式会社．FX3U系列编程手册．

[3]日本三菱电机株式会社．Gx Developer 版本8操作手册．

[4]日本三菱电机株式会社．人机界面(HMI)-GT系列使用手册．

表1 定位误差结果表

4 结论

在对微震源进行定位之前进行台网最优布设，根据D值理论建立的目标函数利用模拟退火算法得到了最优的台网布设方案。通过对定位误差的分析总结出，在微震源定位之前进行台网布设的优化，能够有效提高定位能力，从而更有效的对压裂裂缝进行描述，提高油田整体开发效果。

参考文献

[1]王健．基于油井压裂微震监测的震源定位精度研究及检波器网络优化设计[D]．吉林大学硕士学位论文,2012．

[2]平健等．微震定位原理与实现[J]．安徽:金属矿山出版社,2010．

[3]高永涛等．基于D值理论的微震监测台网优化布设[N]．北京科技大学学报,2013．

[4]巩思园等．提高煤矿微震定位精度的台网优化布置算法[N]．岩石力学与工程学报,2012．

[5]姚金杰等．基于粒子群和牛顿迭代法的目标定位方法研究[J]．计算机应用研究,2010．