数控设备的远程监控及故障诊断系统设计

2019-12-02张志强

电子技术与软件工程 2019年13期

文/张志强

在机械工业中，数控设备属于基本生产设备，能否维持稳定运行将对机械制造产品生产效益产生直接影响。设计远程监控和故障诊断系统，能够对现场数控设备进行实时管控，使设备处于良好运行状态，从而使数控设备生产精度和效率得到保证。因此，还应加强系统设计研究，进而为数控生产加工提供保障。

1 数控设备远程监控及故障诊断系统原理

实现远程监控系统设计，目的在于确定数控设备运行状况，从而及时进行设备故障检测。结合设备故障情况，可以完成设备故障诊断分析，以便采取有效措施加强设备控制。所以在系统设计上，还应通过准确监测确定数控设备是否发出报警信息，并在数控机床报警时发出报警，保证设备能够得到及时维修，从而使设备的安全运行得到保证。针对数控设备，在现场运维人员难以进行故障诊断时，可以与系统建立连接，借助远程诊断中心对设备故障进行诊断。诊断中心凭借故障诊断系统数据库中的数据和先进故障诊断技术，能够确定设备存在的故障，从而给出诊断结果。从系统的工作原理来看，系统将结合现场设备具体请求与设备进行信息交互，实现与设备的通信连接，以便将设备故障信息传输到故障诊断协作平台上。在平台提交诊断结果后，系统会将信息反馈至设备，实现设备控制管理。

2 数控设备远程监控及故障诊断系统设计分析

2.1 总体结构框架

从系统总体结构框架上来看，系统应当由远程监控终端、故障诊断中心、监控客户端、远程通信模块和控制模块等构成。在远程监控终端和监控客户端之间，可以采用B/S结构实现连接，利用安装的浏览器实现数据交换，使系统功能得以在服务器上集成，从而使系统开发得到简化。监控终端需要在现场安装，用于与数控设备控制模块连接，能够对设备运行状态信息进行采集，包含油压、温度、电流等，能够获得设备发出的报警信息和人员操作信息，然后将信息传递至故障诊断中心。故障诊断中心由多台计算机和网络设备构成，属于故障诊断平台，能够与远程通信模块相互通讯，并且与客户端实现数据传输。根据获得的信息，故障诊断中心能够在数控设备发生故障时完成数据计算分析，并通过智能化判断实现故障自动诊断。客户端为计算机，能够实现诊断中心权限分配，为人员查询数控设备状态信息等数据提供支持。在系统通讯方面，主要采用远程通信网络实现异地通信，即采用3G网络进行诊断中心与数控设备连接，利用以太网实现现场数控设备通讯连接。

2.2 系统硬件设计

考虑到数控设备数量众多且类型多种多样，使得在数控设备远程监控过程中需要采集大量不同类型的数控设备信号。因此面对庞大的信号量，本文在设计数控远程监控系统的过程中，选择在监控终端处设计使用1个用于串行通信的RS485接口与2个RS232接口，而为了能够对采集得到的各类信号进行统一转化，使得所有信号格式均完全相同，便于后续系统对信号进行集中分析处理，本文在设计数控设备远程监控系统时还设计使用了8路12位AD转换接口，搭配使用8路开关量输入接口，从而有效满足各种信号采集需求。在该系统当中，采用的AD转换器具有功耗与噪声相对较低，支持串行通信的特点，其中所使用的AD转换芯片采用的便是串行接口单片式，其除了具备12位采样精度的精密可编程增益放大器，同时还带有精密参考电压与4路差分/8路单端输入通道。系统硬件部分中所设计的串行接口负责将该数控设备远程监控系统，同机床控制系统进行相互连接，从而直接对系统当中采集得到的数控设备工作与报警信息进行及时、准确读取。譬如CNC控制单元在与系统相互连接、单独某一监控终端中上位机缺乏足够采集端口时，可直接利用串口扩展数据完成单元采集工作。而在本文所设计的数控设备远程监控系统的电源模块中，输入电压为24V，经由转换器在线转换成三种不同电压，分别为3.3V、4V与5V电压，使得各电路电压需求均可以得到相应满足。

系统的核心模块中设计使用嵌入式微控制器RCM5700模块，这主要是由于该模块的工作主频可以达到50MHz，具有性能高、功耗低等诸多优势特点。通过从相应的板边连接器中将微控制器模块I/O总线引出，模块母板上则牢固固定并行端口与串口。模块中的接收功能与3.3V供电电压的作用下，配合相关数字设备可以有效实现全部CMOS兼容接口。在系统的网络接口设计中，通过使用带有标准接口且以太网完整的MAC，并将ISC1893作为以太网物理层接口，使得以太网能够高效接入至系统当中。

2.3 系统软件设计

在软件部分设计中，监控终端软件将利用GPRS或网络连接的方式与监控中心进行直接连接，将各项采集得到的设备数据传输给监控中心，同时对监控中心发送的指令进行接收与解析，根据具体解析结果完成控制输出即可。在编程设计中，本文选择使用专业的编程软件，同时引入协作多任务调度机制，确保多功能模块可并行执行，以有效提升其工作效率。

在系统软件流程设计中，当系统经过初始化后，如果系统已经完成配置，此时通过设置串口且密码正确的情况下，直接上传本机配置参数并在系统配置模块中循环进行系统参数配置操作。而在数据采集模块中，如果系统初始化后系统并未完成配置，此时该模块需要依次完成数据的采集与分析以及存储操作。在网络通信模块中，系统首先需要对网络连通状态进行判断，若网络处于连通状态，则直接进行数据的上传与接收即可，反之则需要在建立网络连接后再进行数据的上传与接收。控制输出模块运行流程则是通过先对接收得到的监控信息进行解析，而后再进行控制输出。