（机械电子工程专业论文）数控系统远程故障诊断技术的研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 计算机网络技术的发展，为远程诊断技术的广泛应用提 ：l 丫的技术基础和外部 条件，为充分利川各地争家的宝贵经验肘数控系统进行远程诊断提f ：j jj 仃设r 段。8 本文围绕网络数控诊断系统设计和应用中的某些具体问题进行了研究，并以华中i 型数控系统为研究对象，参与了基于i n t e r n e t 的数控设备远程诊断服务平台的歼 发工作。 课题组从全局 j i 发，提出网络数控诊断系统的总体框架，选用b r o w s e r s 。r v 。r 模型，将整个系统分为数控设备、现场服务器、远程诊断中心和异地专家腿个部分。 采用t c p i p 协议及其d o s f 的编程接口w a t t c p 和w i n d o w s ”f 的编程接口w i n s o c k ， 开发服务器通讯模块，实现了车间局域联网及其与广域网之间的数据传输。 ( 除了参加课题组总体方案的讨论和攘个系统的调试、试验： 作以外，根据课题 组的总体分工，此论文所分担的主要工作是：通过研究数控系统远程诊断的基础技 术，以华巾数控系统故障信息为研究对象，将数控系统分为儿个功能模块，使川演 绎法分别建立故障树模型。j 采用故障树分析法，对故障树进行定性分析，研究其最 小割集，确定故障树模型r l 的薄弱环节。矗：远程诊断【l i 心建豇毛 家系统，采川产，匕 式表示法构造规则库，采川层次诊断雄理和规则推理策略，为数控系统f j ，o 提供删 上诊断服务。此外，研究_ r 嵌入式数控系统通讯技术，采j f w w ，的 要i l 戎i i 见数 控没备与现场服务器问的数据通讯。 f 参与了网络数控的实验系统的建赢，时系统的硬件和软件进i ir 阿! 霄、幺姨， 现场调试华中数控e 一服务平台。实验结果证明该系统达到预期婴求，厶 关键谢：数控设备刚络远程诊断敞障树 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i l ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g y ，t h et e c h n o l o g yf o u n d a t i m a n de x t e r i o rc o n d i t i o na r cp r o v i d e dl o rt h ea p p l i c a t i o no f r e m o t ef a u l td i a g n o s i s t e c h n o l o g y a ne f f i c i e n c ym e t h o di sp r o v i d e df o rd i a g n o s i n gn cs y s t e mb yu t i l i z i n g s u f f i c i e n t l ye x p e r l ge x p e r i e n c e t h ep a p e rs t u d i e sp r o b l e m sa r i s i n gi nt h en e t w o r kn c d i a g n o s i ss y s t e md e s i g n i n ga n da p p l y i n gp r o c e d u r e o nt h eb a s i so f t h ep r e s e n t h u a z h o n gin cs y s t e m ，as y s t e m a t i cp l a t f i ) r mi b rn ce q u i p m e n tr e m o t ef a u l td i a g n o s i s i sd e v e k ) p e d 。 t h ef r a m e w o r ko fn e t w o r kn cd i a g n o s i ss y s t e mi sp r o v i d e db yt h et e a ma n dt h e b r o w s e r s e r v e rm o d e lf o rt h er e a l i z a t i o no ft h ec n cr e m o t ef a u l td i a g n o s j s s y s i c mi s p r o x ) s e d i nt h i sm o d e l ，t h ew h o l es y s t e mi sd i v i d e di n t o l b u rp a r t so rn ce q u i p m e n t s ， l o c a ls e r v e r ，r e m o t ef a u l td i a g n o s i sc e n t t ra n dr e m o t ee x p e r t s t c p i pp r o t o c o la n d i t sp r o g r a m m i n gi n t e r f a c e sf o rd o s ( w a t t c p 、a n dw i n d o w s ( w i n s o c k ) a r ei n t r o d u c e d as e r v e rc o m m u n i c a t i o nm o d u l ei sd e v e l o p e d d a t at r a n s m i s s i o nb e t w e e nal o c a l n e t w o r ko fa w o r k s h o pa n d t h ei n t e r n e ti sr e a l i z e d b e s i d e st a k i n gp a r ti nt h ed i s c u s s i o na b o u t1 h ep r o j e c tw i t ht h et e a ma n dr u n n i n gt h e w h o l es y s t e m ，b a s e do nm yd u t y ，t h ep a p e re m p h a s i z e so nt h el b l l o w i n g t h ek e y t e c h n o l o g i e so fn cs y s t e m sr e m o t ed i a g n o s i sa r es t u d i e d b ym c a n so fi n v e s t i g a t i n gt h e h u a z h o n gn cs y s t e mf a u l t s ，n cs y s t e mi sd i v i d e di n t os e v e r a lf u n c t i o n a l m o d u l e s s y l l o g i s mm e t h o di sa p p l i e dt ob u i l df a u l tt r e em o d e l s ，a n df a u l tt r e ea n a l y s i s ( f t a ) i s a p p l i e dt os t u d yt h el e a s ts h e a r i n gc o l l e c t i o n ，t od e t e r m i n et h ew e a k n e s si nt h ef a u l tt r e e m o d e i ，a n dt oh e l pd e s i g nr e a s o n i n g e x p e r ts y s t e mi sb u i l ti nt h er e m o t ef a u l t d i a g n o s i sc e n t e r r u l el i b r a r yi sb u i l t ，r e a s o n i n gb a s e do n a r r a n g e m e n tl e v e ld i a g n o s i s a n dr u l e si si n t r o d u c e df o rt h ep u r l x ) s eo fp r o v i d i n gn e t w o r k - b a s e dd i a g n o s i ss e r v i c et o c u s t o m e r s i na d d i t i o n ，t h ee m b e d d e dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yo fn cs y s t e mi s s t u d i e d , w a t t c p si n t e r f a c ei sa p p l i e dt or e a l i z et h ec o m m u n i c a t i o no t n ce q u i p m e n t a n dl o c a ls e r v e r a ne x p e r i m e n t a ln e t w o r kn cs y s t e mi ss e t u p r h eh a r d w a r ea n ds o f l w a r ea r e c o l k ) c a l e da n df i x e d h u a z h o n gn ce - s e r v i c ep l a t l b r mi sr u n t h er e s u l t so fe x p e r i m e n t i n d i c a l et h es y s t e mm e e t sa p p l i a n c ed e m a n d k e y w n r d s ： n ce q u i p m e n tn e t w o r kr e m o t ed i a g n o s i sf a u l tt r e e 儿 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 问题背景和课题来源及意义 1 1 1 课题的来源 本课题来源于国家自然科学基金( 主任基金) 资助项目“基_ f 刚络的快速反应制 造”( 基金号：5 0 0 4 5 0 0 7 ) 和国家8 6 3 项同“开放式数挖装配的远程操作、监控与 诊断技术研究”( 项目编号：2 0 0 1 a a 4 2 3 2 3 0 ) 。课题目往以 挣f | i 数挖公i d 的- r 股式 智能数控系统的研究开发作为其工程背景，主要研究内容是在华中i 型数控系统的 基础上开发基于i n t e r n e t 的远程诊断系统平台。 1 1 2 课题的提出 随着机械制造技术的发展，我国的数控行业发展迅速。但目前我国生产的数控 系统及现有的进口数控改造系统一般没有网络功能，且大多数不拥有大容量的存 储设备( 如硬盘) ，而只使用高价位、低容量的电子盘等设备。国内对数控系统的维 护与管理主要采朋的是发生故障时也话科修的传统方式，但这种方式越米越小适 应时代的发展要求，原因有： ( 1 ) 数控机床的数量增多。维修人员少，不能及时赶到故障数控系统的现场。 ( 2 ) 数控系统内虽具备了一定的自诊断功能，但这远远1 i 能满足数控系统诊断功 能的要求，仍需生产厂家提供技术服务。 ( 3 ) 大蹙待检修的设备与较少的专q k 诊断技术人员，使得故障的排除一i | 作4 q i - 及 时完成系统功能模块检测任务豁重。 ( 4 ) 不能及时地提供对数控系统日常运行的记录和监测资料，增j j | j 丫分昕j 排除 故障的难度，火大延长了维修的时间。 基于i n t o r n o t 的远程n 在控、渗断技术为找们捉供- r 解决l ：述n 日题的e 种途 寺。 改备的远程监测与诊断足计算机刚络坎术、通i n 技术! j 敞障髓测诊断妓术 l | 2 w 7 的 一种淡备故障诊断方法。在当今信息时代，洲特刚的迅速发展及其良好的应j | j i j 景， 使之成为各剃i f 青息的传输通道和的载体。岵j ：凶特例的远袱胁作作为2j ：纪的新 型合作方式倍受学术界和：i = 业界的重视。因此，未来的设备故障j 妊测与诊断技术必 须和凶特嗍相结合，采用，f 放式体系结构，才会有强人的，i 三命j 和j “阔的应j j 1 1 i f 景。 华中科技大学硕士学位论文 机械设备j 氍测与诊断的模式经历了从单机监测诊断系统到分稚式i i f i 测诊断系 统，雨到基于网络的远程监测诊断系统这样一个发展过程。存闽特网不断发展钾 及的今天，状态监测与诊断的网络化成为能。在因外已经i l 现了基ri n t e r n o t 的远程故障诊断系统，如美国斯坦福火学和庥省理一j 二学院合作开发的远程诊断i 范 系统。但由于国内企业从事设备诊断的专业技术人员较少，设备i 1 5 现故障时汹地域 或其他原因，专家不能及时到位，往往会因为时间的延误而造成巨大的经济损失。 而采取远端诊断这种经济、简便的方法，只需将现场数据及时传送到擘家d t , ，就 可以像专家在现场一样准确、及时地做u 削断，采取有效措施街毕决6 l j 足。机械设锝 的远程监测与诊断可以实现“移动的是数据而不是人”，从而改变了f l 设备发乍 故障，诊断人员就疲于奔命的被动局而。数控系统的远耀；l f f 测、诊断技术i l ：足肇j 二 以上原因而! b 现的。 1 1 3 网路数控发展的意义 网络技术目前己成为现代信息技术的生流，网络的概念也随着i n t c r n c t 技术的 发展和广泛应用而进入各个行业和领域， l i 在制造业i | 1 的表现尤为引人注l l 。 i n t e r n e t ( 因特网) 和i n t r a n e t 是目i j 网络技术应f j 的两个重点。i n l e r n e t 足世界l 嫩人 的计算机网络，它几乎覆盖到了全球每个国家和地区，并实际上拥有无限的信息资 源。i n t r a n e t 则足i f 算机删络发展的弱个厅f f | i 它难组成i n t c r n c tn 勺雄木细胞，它 将企业内部进行网络化，并可以与i n t e r n e t 相联接，通过这个桥梁，车间与年问、乍 问与企业汁算c l 心、企业与企业之问可以h i l , 、异地的i d 步。计算机，f 放武数控系 统产生之前，国产的数控系统。般没有刚络功能，人多郜1 ； j i | 仃人窬矗f 娜 砹矫阳i 硬盘) ，只使用高价位、低容量的电子鹰等设备。丽随着各种计算机辅助设计制造 ( c a d c a m ) 系统的完善与发展，c 牺c a m 系统越来越快地进入实际) j 1 1 e 系统， 需璎方便快捷地与数控系统进行火容罐苦息的通信与交换。吣此f “i 果厂虏 一的数 控加工系统具有网络功能，并能共享i 狂环境的大容量数据资源，如硬 盐、磁盘红 储列阼锋多种海蟹数 i ：仃俳器，远张港靠i | i 心的c a d c a m 系统j i ：艏将j e 乍成n 0 陇 人的g 代码肌l 稚序通过i “j 络传输给肺ll ：改矫，j j ：仃储北木地艘擞h 然 圳 数控加：【：系统读取硬盘【| l 的该g 代码，进行零f l - ) 9 h t 。数控系统也可以直接通过h 络战取远f d 数槲仃能媒介- i i j 人性氍j 氛这将人人捉“数控系统对人锌j l i = 数控袱j f 的控制能力， f ) 4 络数控系统i i l i 过高迷_ i l 矗信网络川。及时地m 远程监控r i 捉f ：j c “1i l h 加1 状态信息，t 接收远程监控命令。为真正的网络制造提u 最必要的支持。 年中科技大学硕士学位论文 _ 自一i i t , l e u , , , 1 1 , , 墨日= = # 冒；罱= = = 目_ = = t t _ 目目；_ 揣；= = = t = = = = ；目# 篇= = = 目煳 我们甚至w 瑷撼荣个数稚勰ll ：静l 宋类黻办公黼络t l t 酾i 宰丰l 园l 祝祥j 宰鲻 删络l ：，挺巍髟l 趣1 1 ： 1 动他尹a 发及远攫照挖， 瓤ll 还可以为数挖系统生产厂家提 _ ； 远程诊断与维护。当数控系统产生故障时，数控臻统生产厂家可以通过广域网或电 龋阀衍数控系统迸 f 诊断i 维静 l 。特剐难时再种数控改造颈l l ，远程渗断w 馘犬大 减少维护豹枣毯性及接荚生产焚j | j 。麴l 袋将极壤独立矗建过弱域列搂入i n t e r n e l ，j 龚l 么 客p 只要在测览器中点击数控设备，董产公司的网址，就能往阕i 二番到公司的电子样 机，厂廊 ! 机床的箭砸住艟衔标，l 歪i i ，以远程垛作这蝗数拎税床拌祝。ml ：铎，、臌 势“l 毽f 骧务”，霹游客户1 h , q lj 一家溅务锭淡豹瓣翔羧城骞，；l t - j i 嬲繁舶辩嬲，这 将大大节约扛产厂家推广产品f l 勺时间和费用。网络数挖系统的体系结构较一般的数 挖系统骤鼠有嫩高的歼放t e 和采活髓，j e 炎时交f 【功能可以通过湖页浏览器获街的 一系列激务，蛰lc h a t 、器蓦1 p 、嬲漤游、 | l 涛管壤绒文绛共事，绘难l ：渗壤豹 敞嫦挺f j l 信息锻助。随着 i 。4 络拽术及蛹产数控系统的_ ；龋完善与发展，) f 放式删络 数挖改造对改罄我喇数掩机床力【f i i 的落后i f i i 貌j 午f 重璎意义。 1 2 数控系统远程监控诊断技术发展的圈内外现状 数控机床魁现代与求来机械制造业t i l 。分夔要的基奉啦元，提高其放障诊断 准确性和排除敞障的及时性一髓受到人们的高度踅视。目前所采用的诸如宜观硷瓷 法，特挺蟹辅麴渗鞭，羧簿瓣分辑，援糊渗羝等鄂楚臻重蛩瓣方法。醛嚣 ： 技技术 的发展，预计今后农多传感器倍息融台，a n n ! j 专家系统结合，建立集成检测! i 智 能诊断维修系统等方两的研究将会受j j i l 受到重视。新技术鸸西；断成蹦l i 三将会给c n c 辍臻敬黪渗鞭喀维修俸米耨终生罄。 基予因特网的远程协作诊断研究工作最先是从医学领域开始的，f 放式远程医j 疗系统的概念菏先瓶关f j ；l 提 | ，人们许趋认为“个歼股式逝稚陕疗系统应包捕远程 渗鞭、孥家会渗、铱忿辍务、岙：线稔溯和逡程学习j k 溜分。1 9 9 5 年lj l 荚潮簸难| 迂 搿码州的远程医疗系统投入锼f l 】，它把5 4 家乡树医院与灿l ，心医院联系谯起， j i ：通过汁卯机i 】i ) i i 络将州、x 光”臀j i j ；人犏球枪验结粜送到州小心恢院诊断，这样稍 入 ：久秘瀚f 女4 家乡耷幸，| 、跃豌斑蕺渗豁箍街鲻孥家缀瀚渗凝。l 蠢肉l ：海沃科久譬鬣 ：海地瞧建擐一f 一。个炎似纳诞趣渗疗系缆i ”。 技豁敞障渗断 j 人炎的炊躺诊断地干似的，从技术j ：泌能寓眦远张帙j ，渗断呶 虢能实蕊远程漫备诊断。远程躐，渗断采j | j 的系统体系结构、信怠佟输办法帚l 并地 专家会渗身l 织、实壤彤式等郝w 为逡穰漫锯渗蛾蹶采爝彝绥鉴。瓤 | ij ? 遥攫挂发誉 华中科技大学硕士学位论文 够和投入的科研资金少、入力本足等原因，与医疗行业己取得的瞳著成果： 1 1 比，i i 业领域的远程诊断工作进展相对较慢。1 9 9 7 年1 月，首褐基_ r 因特网的二l ：业远程渗 断研讨会由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办，有来自3 0 个公司和研究机构的 5 0 多位代表到会。会议主要讨沦了远程诊断系统连接歼放式体系、诊断信息规张、 传输协议，以及对用户的合法限制，并对未来技术发展作r 展望“1 。会j ：确定f f j 斯 坦福大学和麻省理工学院合作开发基于因特网的下一代远程诊断示范系统，该项。l ： 作得到了制造业、计算机业和仪表业的b o e i n g 、f o r d 、s e g a t e 、j n t 。1 、s u n ，i i t 等1 2 家大公司的支持和通力合作，并很快建立了一个限于合作者间的远程诊断示 范体系t e s t b e d 。t e s t b e d 采用嵌入式w e b 组网，用实时1 a v a 和b a y e s i a n n e t 实现 远程信息交换和诊断推理；从该项目对外开放内容和项1 1 组1 9 9 7 年底的研究总结 报告来看，系统离实用还有很大距离，许多研究内容电还只是一个提法。此外，密 执安大学也在积极开展针对机械加工的远程诊断和制造系统的研究j 作，j 在i 天i 特 网上设立了一个宣传站点。在制造业方面，工业发达国家十分重视远程服务在，i ：业 上的应用，其研究及应用水平已相当高。如德国的大学和工业界都在积极开展这方 面的研究：e f t - - ，而n 有的l 至结合对巾嗣f i 的设备丌展这方而的研究 另外，许多国际组织，如m i m o s a ( m a c h j n e r yj n t o r m a ti o nm a n a g e m e n t ( ) p e n s y s t e m sa l l i a n c e ) 、m f t p ( s o c i e t yf o rm a c h i n e r yf a i l u r ep r e v e n t i o n r e c h n o l o g y ) 、c o m a d e m ( c o n d i t i o i lm o n i t o t in ga n de n g i n e e r in gm a n a g e m e n t ) 、 v i b r a t i o ni n s t i t u t e 等，电纷纷通过网络进行设备故障诊断咨询和技术推广。l ：作， ) m 0 定了一些信息交换格式和标准。许多大公司存他们的产。鼬| 1 电加入了i k l 特刚功 能蛐in g n r l , v 公、f j f i j 汁舛机化线役符运 f 状态峤测系统l t 、m t 、g 2 1 1 1 1 0i i j 以 通过刚络动态数据交换( n e td d e ) 的方式| f i j 远程终端发送没备运行状态：n a ti o n a i i n s t r u m e n t s 公司在其虚拟仪器产品l , a b v i e w 中新增了因特例模块，i i j 以通过w w w 、 g m a i l 、i ) 力。式发送测试数引。 在我国，机械制造业经过几十年的发展，订：许多设备制造企业进行j 以信息技 术为基础的改造，已经具备了实现远程故障监测、预报、诊断技术的硬件体系旗础。 n ：软件力f f i i ，实时脓测，远程：临测，敞障诊断等，p i 技术郝仃r + 定成果和经验 然胍对j 。fj 综合性技术，我l 目尚术纠l 织食q k j 研究部fj 纠i 合j i ：投入较人j f 遗进f i 系统彤f 究外发。我| i 司远张i l f i 测、珍断披术f i j f 究年臆川进腱还 e 较缓世。 m m 内】5 9 c 【u 掌握f l c j 资料水行，阴发奁通人。：、i ：海- z 通人4 年喻尔滨l i , i k 人 学都已开始或准备开始从- ；f f ；e , i k 领域的远程渗断研究。1 j 作，o 母t i i 哩l ：人学也j 二1 9 7 9 l ：幸，j ) f 鲜ir1 1 f f 坶1 倒f 才t i 们i ，j i i 【i i f l ：iij 1 化阵i ! l 州卜谈fr 个远 键冷i 撕r f 鲥i 4 华中科技大学硕士学位论文 # _ = l 目目e - | - _ - _ _ l _ i ；= = ；自；= = = = = ；j i i l j = = = = = ；= = = = ；= = = = = = = ；= ；= = ；= = = = = 一 点，向国内介绍远程诊断技术，并以技术示范的方式向用户提供远程诊断服务。【f i j 时b e n t i 。y 、e n t e k 、s o l t r a n 等大公司也纷纷将他们最新的嘲络化设备状态监测产 品推向中国市场，这对增进我国学术界和企业界的恻络化设备故障诊断意识希提商 我国的设备故障诊断水平也起到了积极的促进作用1 。 1 3 本文的主要研究工作 1 3 1 研究内容 研究开发数控系统远程操作、远程诊断的基础技术，开发计算机网络通讯技术 及相关的软件。其目标是为数控机床的用户提供网l 服务，进行远程诊断和故障定 位，以利1 ：及时排除故障减少停机时问。| l 、 ，为嘲锵化制造摊供数挖机j 术远牲 操作、诊断的底层技术。本论文的工作集巾在如下几个方而： ( 1 ) 在分析数控设备特点的基础上，研究将网络技术引入传统的设备状态监 测和故障诊断。 ( 2 ) 结合数控设备的特性及远程故障诊断的要求，对基于i n t e r n e tf j 勺数控设 备远程诊断系统的基本要素和结构特性进行了系统的研究，并埘嵌入式数控系统通 讯技术进行了研究。 ( 3 ) 研究华中数控系统故障信息。建立故障树模型，采用故障树分 斤法对故障 树进行定性、定最分析，建立知识库。 ( 4 ) 采用产生式表示法构造规则库，并采用层次诊断推理和规则推理策略，研 究建立了能够表达和推理模糊性知识和确定性知识的专家系统。 ( 5 ) 基于p 阗络数据库的虚拟设备故障库、川p 档案技术研究，以及多源信，0 的 狭取与融合方法的研究。 1 3 2 技术目标 课题的总体目标是：针对华f f l 数控系统，研究解决远程监控、诊断的关键技术 研制歼发j l j 适1 ：j r ：业应川n 勺远程j l & 挖、诊断系统、卜f r 。奉人分一l ：负责的卜璎f e 务足 构建远程诊断专家系统。 华中科技大学硕士学位论文 2 网络数控系统的总体设计 系统的总体设计是整个系统得以实现的最重要的环节之一。它的正确性、可行 性、先进性以及经济性等凶素直搂决定。 r 系统术米的功能和性能，f 对系统的，靠 性、实时性、可扩充性及运行效率等性能指标有很大的影响。由f 数控机j 术足i ：业 上最常用的数控设备，因此，本文将以数控机床作为对象，以拥有自：l 期l i j l 产枞的 华中l 型数控系统为实验结合点，研究开发基于i n t e r n e t 的远程放障诊断系统。 2 1 华中数控系统简介 2 1 i 华中i 型数控系统简介“ 华中i 型数控系统是由武汉华中数控系统有限公司生产的我国自主版权的开放 式数控系统。它以通用工控机为硬件平台，以d o s 操作系统为基础，其硬件体系结 构如图2 1 所示。 图2 1 华中i 型数控系统硬件体系结构图 虚线框内是标准的p c 配置，其i p 微处理器采i t j8 0 4 8 6 或行8 0 5 8 6 ，系统挖制邮 件包括d m a 控制器、中断控制器、定时器等，外存包括硬盘和软盘或嚣电f 艋。 在软件上，该系统以d o s 操作系统为软件支持环境，实现了一个开放的数控系 统软件平台，提供了一个方便的。一二次歼发环境，褂2 2 是其软件结构图。 华中科技大学硕士学位论文 陶2 2f # t i ti 型数控系统软仆结构 其中的r 啊为自行开发的实时多任务管理模块，负责c n c 系统的任务调度和管 理，n c b i o s 为基本的输入输出系统，管理c n c 系统的所有外部控制对象，包括设备 驱动程序的管理、位置控制、盹c 的调度、实时插补计算和内部监控等。过程软件 即上层软件，通过n c b o s 把它与底层软件隔开使得过程软件不依赖于硬件，为适 应刁；同的系统，只需婴改动过程软i l ：u 1 1 可。该系统具_ 彳r 以卜优点：( 1 ) f j lj ：采川通 脂 二业微机，数控系统可靠性- 自丫匕u 实保障；( 2 ) 微机的各种外部设备w 直接川j ： 该系统，如显示卡、网卡、r s 2 3 2 接口、软硬驱动器等；( 3 ) 通用微机软件与硬件资 源丰富，开发环境非常方便、友好，用户可自行歼发各种数控机床应用系统；( 4 ) 该 系统可以方便地与c a d c a m 系统、数字化测量系统、智能化故障诊断与误差补偿系 统集成。 2 1 2 华中网络数控系统简介 挣j | j | 叫络数控系统魁n ：州k 微机l ：”发1 1 f j j 仃纠络功能的外放八数控系统。蚀 件5 f 台采用通用j 业微机，通过并行f j 与机床相连；在p c 总线f = 能够连接叫忙等 微机外设。对- ：r l i - j ：jj 发的钾能肌。i ：控制接，既可以通过j 行f i 与机术干f i 连，也 可以f 接插到总线i ：，j i _ f h 女f 的) j ：放性。陔系统n j 软什i | ，俞纳舅：境，结构如i 冬l 所 示，分为以下两层： ( 1 ) 底层，网络数控内核。它包括数控系统中所有的共性f l = l l 题，如多任务调度、 华中科技大学硕士学位论文 插补运算、设备驱动、p l c 控制等。用户可根据嘲络数控内核使用规范，直接进行 二次丌发。网络数控内核的备模块都具有n 诊断功能，) t - ! - j 网络模块集成住起， 便于向网络环境传送数控系统的各种状态信息。 ( 2 ) 上层，网络数控集成开发环境。它集成- r 数控系统的标准控制过程年特殊控 制过程；用户可根据系统生成规范所提供的生成疗法，方便地生成各类擘j l j 数控系 统。 系统生成级 图2 3 华中网络数控系统的软件平台环境与结构 该系统具有以下优点：( 1 ) i f 于采用通j h ：f 业微机，数控系统可靠性有丫切实 保障；( 2 ) 微机的各种外部设备可直接用于该系统，如显示卡、网卡、r s 2 3 2 接l 】、 软硬驱动器等；( 3 ) 通用微机软件与硬件资源丰富，开发环境非常方便、友好，用 户可自行歼发符种数控机眯l , ；z l j 系统。( 4 ) 该系统 i ，以万便地jc o c a m ，c a q 系统、 数字化测量系统、智能化故障诊断与误差补偿系统集成；( 5 ) 支持远程诊断与远程 机床共享。 2 2 远程诊断系统设计思想 2 2 1 网络技术在数控设备故障诊断中的引入 汁算机网络技术的发腱，为允分制川作地t ；- 。家的渗断经验抛f j i = rf j l 效的r 段。 远程服务是最具有现实意义的网络应用，特别是制造, i k x ；1 远程服务的婪求，包括远 程设备调试、远程故障诊断、远程培训等方i t f i f l , j 璎求与f 1 惧增。尼j e 这些年以来， 华中科技大学硕士学位论文 随着数控机床功能的4 i 断提高，系统越来越复杂，i ；现故障，排除的时f l i j 增l 乇， 难度也越来越大，这样赞用出就大火提高。1f 数控机床涉及多个领域方 l i i 的知识， 对有关人员的要求也很高，”盘臼何在数控机床出现故障时，进行快速诊断和维修也就 变得非常重要了。近年来，人们在数控机床的故障诊断和维修斤衙做1 r 许多 作， 并且取得了一些成效，如在数控系统的硬件设计方面，在数控系统的监控系统和自 诊断系统方面都取得了很大进展。但是，我国在维修方面的状况和水平与国外还是 有很大的差距，已无法适应当今顾客对快速故障诊断和维修方面的要求。因此，我 们首先就要进行数控设备的网络化改造，要使我国现有机床具有网络功能，通常采 用三种改造方法：一足对现有机床直接进行改造，并使数挖系统与刚络功能无隙地 集成在一起；二是利用机床已有的r s 2 3 2 接f i ，配l ：网络功能接r i ：+ i 足将纸带输 入接口，改造成为具有网络功能的r s 2 3 2 接口或通用网络接口。随着网络技术与数 控系统的不断发展，组建我f 司企业的远程服务系统对提高竞争力，降低乍产洲修 成本，提高经济效益，促进企业技术改造都具有非常重要的意义。 2 2 2 远程诊断系统的结构设计 1 、远程诊断系统的运行模式 远程故障诊断系统可分为两种运行模式：系统辅助诊断和争家咨洵诊断“。 系统辅助渗断足指j l j 户的设备现川户允法克服的战障，w 连接现场设舔诊 断服务器( 提供设备运行参数等信息给现场设备诊断服务器) ，现场设备诊断服务 器在收到设备故障信息后，进行故障信息解析，然后通过 u t e r a e t 连接制造f 家 设立的远程诊断中心的故障诊断服务器，传输故障信息，1 1 u t ，准备接收敝障渗断 服务器的诊断结果。整个过程中，远程诊断中心由其诊断专家系统或领域专家参与， 客，o 端的技术人员通过匝i 答争家系统或开争家的提n d 米参与诊断过程，) l ：撤玳反馈 的诊断结果和维修建议排除故障。 专家咨询诊断是由客户现场技术人员、远程诊断t p 心和远程诊断t ，心指定的 擘家，同进行的，j e j l ：作矗式足渗断r f - 心、擘家，手i i 铎户j e l d l f i 定诊断时问衍，通 过远程渗断t h b ，盎约定的诊断时问内，符号家和j 现场技术人员姬过跳频会汉系统 进行譬家咨咖会诊。如粜必婴就| i 1 譬家指导现场技术人员刈设备进j j 测试，也l 一雕q 现场服务器发送测试指令，控制l i l , j 现场的数控设备，j f ：实时雌测。最后擘家愀始 协同诊断情况及_ | 矗测信息做出渗断，远程诊断j j 心礼：总分家的诊断结论，并他输拿 现场和存入设备病历库。 9 华中科技大学硕士学位论文 在本系统中，要求对数控系统的诊断能够及时报告故障和故障信息，同时远程 诊断i l 心【乜要能够及时、定程度i ：门动地村故障进行诊断，反馈诊断结粜。f i l 楚， 由于数控系统故障信息的多样化，故障库中的知识有限以及一些地方嘲络条件的局 限性，因此，本系统主要采用专家咨询诊断模式，辅以系统辅助诊断。川户鼠接访 问远程诊断中心的诊断争家系统，住线提出| n j 题，同时，由车间现场u 务器将数控 系统当时的运行状况与相关数据发往诊断中心，以便进行远程监测，对卜些系统 无法满足其诊断需求的故障，可预约诊断专家，通过网络视频会议系统，进行远程 会诊。 对应于远程监测与故障诊断系统的两种运行模式和系统的总体结构，系统的软 件结构可以分别采用客户服务器( c l i e n t s o r v e r ) 结构和浏览器服务器 ( b r o w e r s e r v e r ) 结构。 ( i ) 传统客户服务器( c l i e n t g e r v e r ) 结构 c 1 i e n t s e r v e r 是建立在局域网的基础l ：的，这模式将系统划分没备、食业 诊断服务器、远程诊断中心和异地专家四个部分。在设备和企业诊断服务器之问， 企业诊断服务器和远程诊断r h , d 之间以及井地争家和远程诊断中心之问存化客户 服务器关系。e 特点如f ： 诊断方式多样。系统中任何一方均具有主动权，诊断中心和专家可以主动 连f ：企业的设备诊断服务器，余业也可t 动连i ：诊断中心，既可i f i 企、i k 的设备诊断 服务器自动连接诊断巾心，也可由渗断巾心的维护人员对食业l f i 机，术进行定 f j 巡 检；同时，经过授权的异地专家l ! 王可对企业l 1 机床进行检奄，f f ! c s 一般建立n ：孥 川的网络上，小范【均里的例络环境，局域刚之阿通过擘i 、j 服务器提供连接年数 据交换服务。 系统稳定性好。在网络条件不是很好的情况下，根据1 i 同的传输要求，通 过争f j 的设计，w 以提陆叫络迎f 膏的顾j ，f 止缁系统的稳定陀得到摊- 尖、t p i - ? u 到保证。同时c s 程序可以更加注重流程，可以时权限多层次校验。 c s 程序r nr 整体性，必须整体考察，处理j 现的问题。晰| 1 系统升级雄， l l 能址1 l f 做一个个新的系统。 不同开发。f 具，r 发的c s 应用程f 苒，。般来说f i 小旅容，f ；能搬到j 它、l ， 台i ：运行，造成移楫网难。 c s 多地建证的w in d o w 、卜f i ：，农脱疗法l l i l 4 ，刈氍序员f 迎嘤二k 较高。 c s 程序一般是典型的中央集权的机械式处理，交生性相对低。构件n 勺t 建l j 性1 ：如 n ! i j s 璎求卜n q 十 ：r i ：的哦j i j r e 好。 华中科技大学硕士学位论文 因此，这种方式使通信程序设计非常复杂，需要分别对诊断中心和企业诊断服 务器之间，异地专家和诊断中心之间以及数控设备和设备诊断服务器之间进行号用 通信程序设计。这导致系统比较僵化，可移植性差。 ( 2 ) 浏览器服务器( b r o w e r s e r v e r ) 结构 b s 结构，即b r o w s e r s e r v e r ( 测览器 】忮务器) 结构，楚随着i n t e r n e t 技术的 兴起，对c s 结构的种变化或者改进的结构。在这种结构下，用户界面完全通过 w w w 浏览器实现，一部分事务逻辑在前端实现，但是主要事务逻辑在服务器端实现， 形成所谓浏览器、前端处理器和服务器3 - t i e r 结构。b s 是建立在广域网的基础l ： 的，这是c s 无法作到的。b s 结构主要是利用了不断成熟的w w w 浏览器技术，结 合测览器的多种s c r i p t 语言( v b s c r ip t 、j a w i s c r i p l ) 和a c “v e x 技术，j l 】通川 浏览器就实现了原来需要复杂专用软件才能实现的强大功能，j f ：诲约了) f 发成奉， 是一种全新的软件系统构造技术。b s 的构件组成，易于对构件作个别的更换实 现系统的无缝升级。随着w i n d o w s9 8 w i n d o w s2 0 0 0 将浏览器技术植入操作系统内 部。这种结构更成为当今应用软件的首选体系结构。显然b s 结构应用程序相对f 传统的c s 结构应用程序将是巨大的进步。 基于网络的浏览器服务器( b s ) 具有良好的跨平台性，而a 出于它把复杂的 应用程序移到了服务器上，使得“胖”客户端转化为“瘦”客户端。对浏览器j ：说， 不必清楚程序和数据的具体位置，只需知道它们的u r l 就行了，所以更易r 现场人 员监测使用。同时，将故障诊断架构于网络环境巾，还具有以下优点：( 1 ) 可从许 多方面改善诊断系统的性能和扩展、增强系统的功能，并提高诊断的智能：( 2 ) 可 扩火诊断资源的共享范幽，形成丰富的诊断数据库和诊断知识库；( ：”i l r 实现多诊 断系统远程协作诊断、异地会诊环境，从根本j 二提高系统的整体诊断能，j ；( 便 于实现设备或系统从设计到安装、运行的全寿命管理：( 5 ) 对设备或系统乍产：没汁 者而言，可改变单纯的传统的现场维护和电话支持服务方式，实现每胤觚尺7 x 2 ，l 小时的连续维护支持，从而改变企业形象捉商产- 1 枷q 竞争j 。术课题i i i 足j 是j ：以 ：的故障诊断航测技术的最新发展水平来实现数控系统的远程诊断对数控设备的 故障现象进行实时隘测和及时地故障排除及捉供牛兀应的解决办法。矧m l 以1 6 j 决观 场号业人员相对比较少，数控系统t l ；现故障时专家义1 i 能及时到位的n q 题避。包叫 为时阅的延误丽造成的损失。 华中科技大学硕士学位论文 _ _ _ _ - _ i i t = = = _ = j _ | ；= ；= _ = = 日_ 自i j = _ # 目；_ 自e = = ；= t 一 2 3 基于b r o w s e r s e r v e r 横式的逶程诊断系统设计 本深题组合作开发的远程渗断系统实现了与开放式数控设备无缝结合的嵌入 式远獠操作、监测和诊断功能，足。个盥接向| f i j 数控设备和最终j | 】广一的数字化远稚 撒务支持平台。本系统出数控设备、瑶沥派务器、远程撩作、簸褫与诊断t 弘心，技 本支持人员潮异地专家组成。该系统的结掏嘏陶掘l f ： 一一一一一- 一一一il 图2 ，4 数控机床远程操作、妊槐与诊断系统结物 2 3 。l 缱构特点 ( 1 ) 旒场暇务器 现场j 驳务器髟盎一 ：磬珠承 於抖之划，充当令列关，实现蹦域列域i t 4 i i , j1 l ： 联是机床和外界交互的桥梁，外界必须通过它才能获取现场机床的信息，之所以婴 额外的建藏这系统，楚鏊l ：以f 考虑； 安全性。采心现场暇务器质，联琴f 的移i 球郧j l 烛通过企业蚋 0 域州手i l 它 l | 连，对外开放的风有现场服务器，在该服务器。卜，我们通过采朋防火墙，川i 广，验i l e 等网络安令手段僳证汝备瀚安伞。 缳涟系统性熊。数擦系绞楚一裂t 对实瓣性要求缀藏豹系统，翔袋接蚓络服 务器驻臀艇该系统内，将楚个i 人的负 j ! 。时，诊断婴求知道帆 术化j e 时m 段内的历史数掰，肘所l 殳数猁的瞰存必须搽f 1 ：数抓阼，数弼j i 嫌作对系统来说也芷 拿灸援，这些嚣将严曩彩桶数挖系统懿雌熊。，l 番采疆残场羰务器孵，敬入数挖系 统的 l 是个笳啦n 匀信号采集传输模块，对外界的响应，数捌库的操作等，酃穆到 华中科