数控机床远程故障诊断系统研究

刘桂波,李　伟,齐建家,何文广,孙玉芳

(黑龙江工程学院 机电工程学院,黑龙江 哈尔滨 150050)



数控机床远程故障诊断系统研究

刘桂波,李伟,齐建家,何文广,孙玉芳

(黑龙江工程学院 机电工程学院,黑龙江 哈尔滨 150050)

摘要：针对国内数控机床由于需要异地厂家的现场技术支持所导致的开机不足、故障停机时间长的现状，提出基于蓝牙无线传输技术和Internet 的远程故障诊断系统。该系统将现场采集的数据通过现场监控中心计算机经由蓝牙适配器和蓝牙手机或无线上网卡与Internet网络连接，发送给远程故障诊断中心，从而实现专家远程故障诊断。

关键词：数控机床;远程故障诊断;蓝牙;Internet;LabVIEW

数控机床出现故障时需要厂家到达现场进行技术支持，因而普遍存在停机维修时间长，导致开机不足的问题。如果建立数控机床的远程故障诊断系统就能够借助网络实现专家的虚拟到场，准确又快速地诊断故障原因，提高机床的使用率，降低由故障带来的经济损失。因此，建立数控机床的远程故障诊断系统势在必行。

1系统结构

远程故障诊断系统由用户端的现场监控中心(远程监测现场的数据采集处理和单机处理系统)、Internet网和远程故障诊断服务中心三个部分组成。整个车间上层设置包括专家系统、数据库的远程故障诊断中心及连接上层系统的移动通信模块。技术人员将采集的数据通过现场监控中心计算机经由蓝牙适配器和蓝牙手机或无线上网卡与Internet网络连接，发送给远程故障诊断中心，并提请故障诊断及远程信息咨询等服务。其总体结构如图1所示。

2无线网络连接与通信

任何蓝牙设备之间通信的建立都需要包括查询、建立连接、鉴权、通信几个过程。通信过程如下：

1)数据终端必须发现一个在无线范围内的LAP(局域网访问点)，当移动数据终端的一个应用要求接入局域网时，它先启动服务发现协议，向可以回应的LAP发出查询请求。LAP此时作为SDP server(SDP是蓝牙服务发现协议)具有服务发现数据库，里面记录着接入点可以提供的服务及其属性，SDP机制提取建立RFCOMM连接需要的所有服务信息。数据终端查询到可用的服务信息后，开始建立连接，如果发现没有需要的服务，则放弃本次连接请求。

图1　现场监控中心体系结构

2)建立连接。首先需要建立物理链路，如果不存在基带物理链路，则DT在选择LAP时请求一条基带物理链路。在物理链路建立后的某点，设备执行相互签权。在链路上要求每个设备加密。

3)由底层向上，逐层建立PPP/RFCOMM/L2CAP连接(点到点协议/电缆替代协议/逻辑链路控制和适配协议)。

4)LAP可以使用—些合适的PPP鉴权机制。例如，LAP可以激发DT(数据终端)用户对用户自己进行鉴权。DT必须提供用户名和密码。如果使用了这些机制并且DT自己鉴权失败，PPP链路关闭，此项是可选的。

5)连接建立之后，数据终端的应用在PPP连接之上传送数据IP数据流。

6)任何时候，DT或LAP都可以终止已建立的连接。拆除各层连接的操作顺序与建立时正好相反。

无线通信部分主要由无线传输模块、射频天线等组成。用蓝牙模块来完成数据和指令的空间传输。蓝牙模块将蓝牙射频单元、蓝牙基带控制器、链路管理器和HCI(主机控制接口)集成到1块芯片上，通过RS-232、USB等总线接口实现HCI指令交换。

蓝牙模块为了满足不同的通信标准，其内部设有不同的输出接口。无论将其转换成USB接口，还是232的串口，其与电脑通信的时候都是模拟串口的工作方式进行无线通信。电脑通过读取蓝牙模块的串口信息，接收单片机发送的数据，之后将数据按字节分开，进行数制变换，最终通过显示控件显示到前面板上，同时，在每种类型的数据中(温度、转速、油压)设定上下限，超差后，亮灯提示。

3用户管理

用户登录框图如图2所示。用户在进入软件之后，需输入账号和密码，账号密码都正确之后，用户方能进入系统。账号和密码的比对方式是通过字符串比较，字符串转变成十六进制数之后，比较两个数的大小，若大小一样，则认为密码和账号都正确，提示面板上显示登录成功，若大小不相等，则提示重新输入。账号和密码的比对结果通过一个与运算实现其逻辑功能，即只有二者都正确，才能进入系统。

图2　用户登录

为了简便地显示保存的数据，本设计中选择表格形式的文档进行数据保存，其文档格式在Excel中可以被打开。随着电子产品和通信技术的发展，3G、4G的普及指日可待，在有线网路出现故障的时候，通过手机向终端的服务器发送检测到的数据，数据保存可以作为远程故障诊断系统的备用方案。

本例由一个随机发生数产生一系列随机数，这些随机数被写入表格中，当网路出现问题的时候，在前面板的表格上单击右键，在弹出的对话框中选择数据→复制数据(或剪切数据)→将复制(或剪切)的数据粘贴到Excel表格中或是文本文档中。如果网路没有出现问题，系统会在第二次登录时自动清除上一次的数据，或者有人为手动的清除。这种设计是在网路出现故障的情况时迫不得已的解决方案。具体如图3所示。

4故障诊断专家系统

在系统检测到有故障时，相当于布尔控件被置位，满足条件结构中的“真”，系统开始执行条件结构里满足条件为“真”的程序；反之，如果没有置位，则执行条件为“假”的程序。本设计中条件结构是用来显示故障可能的原因，所以，条件结构内的语句都是字符串形式，因字符串类型的数据不能同时输出。因此，要有一个结构能够整合这些字符串，即字符串连接函数(或控件)，使字符串能按照设定好的顺序进行连接合并。因字符串的输出是在一个大的条件结构内，其输出作为整体输出，如果在其中加入延时函数，让其输出时有打字的效果，则应在其它的程序结构内。当条件不满足“真”时，系统执行“假”的条件下的程序，本设计中条件“假”内为空的字符串通过条件结构外的字符串连接函数直接输出，具体见图4。

图3　数据保存创建表格

图4　故障提示

5专家会诊等模块

通过Web发布，实现远程故障诊断，使得身处异地的工程师们就可以看到服务器上VIs的变化情况，从而实现专家远程故障诊断。

配置好LabVIEW Web服务器，在浏览器的URL栏中输入LabVIEW Web服务器所在计算机的网址，异地的工程师就可以访问该服务器上发布的VIs和文档,进而对数控机床的故障诊断提供远程技术支持。

6结束语

本文讨论了基于蓝牙无线传输技术和Internet 的远程故障诊断系统，建立了包括用户端的现场监控中心、Internet网和远程故障诊断服务中心三层次结构的远程故障诊断系统，实现了基于蓝牙的无线网络连接与通信。

参考文献

[1]李伟,齐建家,何文广,等. 数控机床蓝牙无线分布式监控系统的研究[J]. 黑龙江工程学院学报(自然科学版)，2012(4)：31-33.

[2]何文广，李伟，孙彬彬，等. 蓝牙温度采集监测系统的设计与实现[J].黑龙江工程学院学报(自然科学版)，2013，52(3)：53-57.

[3]王国锋，王子良，秦旭达，等.基于Internet的数控机床远程故障诊断系统的研究. [J].机械设计，2004(2)：4-6.

[4]季立明.基于网络的设备监测诊断开放平台的研究[D]．天津：天津大学，2002..

[5]袁楚明,张莉.制造企业关于Internet的设备远程诊断与维护系统研究[J].高技术通讯，2001,11(12)：55-59.

[6]童刚.虚拟仪器使用编程技术[M].北京：机械工业出版社，2008.

[责任编辑：郝丽英]

Study on the remote default diagnose system for NC machine

LIU Guibo, LI Wei, QI Jianjia, HE Wenguang, SUNn Yufang

(College of Mechanical and Electrical Engineering, Heilongjiang Institute of Technology, Harbin 150050,China)

Abstract：In terms of the situation of insufficient operating time and long downtime of NC machine caused by not in time of onsite services from manufactures, a remote default diagnose system is promoted in the paper based on the Bluetooth wireless transmission technology and Internet. The computers in monitoring center can collect data on time by surfing the internet through Bluetooth mobile phone or wireless network card, and sent the information to the default diagnose center. Then the experts can diagnose the default of NC machine remotely.

Key words：NC machine;remote default diagnose;Bluetooth;Internet;LabVIEW

作者简介：刘桂波(1974-)，女，讲师，研究方向：机床电气控制.

中图分类号：TG659

文献标识码：A

文章编号：1671-4679(2016)01-0026-04

基金项目：哈尔滨市科技局科技创新人才研究专项资金项目(2013RFXXJ053)

收稿日期：2015-11-01