数控机床多参数在线监测诊断系统的设计与实现

I 訇 化 数控机床多参数在线监测诊断系统的设计与实现 The desi gn and i m pl em ent at i on of m ul t i p ar am et er m oni t or i ng and di agnos t i c sy st em f or CNC m achi ne t ool s 井陆阳 王太勇 陈东祥 张攀 J I NG L u y a n g WANG T a i y o n g CHEN Do n g x i a n g ZHANG Pa n 天津大学 机构理论与装备设计教育部重点实验室 天津 3 0 0 0 7 2 摘 要 针对数控机床结构复杂 故障原因多样 构建了数控机床多参数监测与诊断系统 该系统由工 作现场部分的多参数在线监测系统和远程部分的设备管理及故障诊断系统组成 工作现场部 分实现对数控机床振动 电压 电流 液位 压力及温度等多个参数的在线监测 远程部分 实现设备及数据的集中分析管理及故障诊断 该系统能够对数控机床进行较为全面的监测 并进行有效的故障诊断 提高维修水平 具有一定的工程意义 关键词 数控机床 多参数监测 故障诊断 设备管理 中图分类号 T G 6 5 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 3 0 6 上 一0 1 7 8 0 3 D o i 1 0 3 9 6 9 J i s s n 1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 3 0 6 E 5 3 0 引言 数控机床是集机 电 液为一体 的复杂机 电 系统 结构复杂且 自动化程度高 由于数控机床 本身 的 复杂性 及 多样 性 使 得机 床 故障 受到 机 械 电气 控制系统等多种因素影响 导致 同一 种 故障 的原 因都可 能是 多种 多样 的 l 针 对数 控机床故障原 因多样 监测诊断与故障维修繁琐 困难的问题 提 出对机床复杂 系统进行 多参数监 测 进而对加工状态进行诊断 提高数控机床加 工的精度和可靠性 减少 由于数控 系统故障带来 的损失 本文结合计算机技 术 网络技 术 传感器技 术及故障诊断技术 建立 了数控机床多参数在线 监测与管理诊断 系统 在工作现场对数控机床进 行多参数 在线监测 并 由远程上位机进行设备及 数据的集 中分析管理 实现对数控机床的多参数 实时监测 设备管理及故障诊断的功能 1 系统总体框架 数控 机床多参数在线监 测 管理 与诊 断系统 由以下 两个 部分组 成 工 作现场 的多参 数在线监 测系统 实现3 2 通道的在线数据采集并 兼容多种 传感器 对数控机床提供多参数实时监测 远程设 备管理及故障诊断系统 提供远程设备的集中分析 管理及故障诊断的功能 系统总体框架如图1 所示 图1 系统总体框架 图 1 1 多参数在线监测系统 1 1 1多线程编程设计 采用 多线程编程 针对 一些需高采样频率 的 采 集量 解决 了数 据 采集 卡F I F O产 生的 溢 出现 象 避免在高采样率下计算机用户缓冲区的数据 丢点 现象 在系统空间里开辟一个连续的独 立 的非分页环形 内存 区域 由数据采 集板卡 负责 数据采 集 并将其数据填充在环形 内存池 中 且 维持一个 当前指针 它指 向环形 内存池 中最 新数 据 的位置 开始采 集后 设备对 象操作环形 内存 池 的第一个 片段 每 当一 片数据存满并开始 另一 片段数据存储的时候 线程 1 启动将满的一个片段 的数据映射到用户缓冲区中 线程2 1 1 从用户缓冲 收稿日期 2 0 1 3 0 4 2 6 基金项目 国家科技支撑计划 2 0 1 3 B A F 0 6 B 0 0 天津市科技支撑重点项 目 1 2 Z C Z DG X0 1 6 0 0 资助项目 作者简介 井陆阳 1 9 8 8一 男 博士研究生 研究方向为动态测试与故障诊断技术 1 7 8 1 第3 5 卷第6 期2 0 1 3 0 6 上 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m l 匐 化 区中取数并完成数据的处理 该方式流程如图2 所 示 测试结果能够使得采集卡在最高采样频率下 不出现 丢点 现象 图2 多线程流程 图 1 1 2 多通道在线采集 实时监测报警 可 以3 2 通道 同时在线监测 采用两级声光报 警模式 当监测值大于一级报警值时 发 出声光 报警 并 自动进行数据存储 将数据缓存里预存 的报警前数据及实时采集到的数据进行存储 为 后续故障分析提供数据支持 支持 自动数据采集 及连续大样本数据采集 1 1 3 兼容多种传感器 对数控机床进行多参数综合 监控 针对影 响数控机床故 障的参数 较多 诊断维 修 复杂 的情 况 采用 加 速度 速 度 压 力 浓 度 P H值及 电涡流等多种传感器 对数控机床进 行多参数 监控 并为后续故障诊 断及设备管理提 供数据依据 监 测主轴及工作 台的振动 位移及温 度 判 断各个轴 承运转 是否正 常 保证主轴 及工作 台稳 定性及 J n T 精度 根据测量电柜 电流 电压 监 控机床 强电部分 对于不开放的商用数控系统也 可 以获得 主轴工作 时间 判断各个班 次工人 的实 际工作时 间 为人 员管理及机床使用 寿命提供数 据参考 同时 由电柜 电流 电压 的波动情 况可 监 测工作 台 主轴运行 的稳定性 为故 障诊断提 供依据 监 测油箱 切 削液温度 防止 由于发热 导致油液黏度过低或发生变质 影响加工稳定甚 至漏油 为判断液压系统及冷却系统泵或各个 阀 门故障提供判断参考 监测油箱液位及压力 当 出现较 快下降并且 工作台静 压导轨 铣削齿轮箱 变档润 滑及工作 台面 的夹紧不 良时 则判 断可能 出现漏 油现象 并为数控机床 的定期维护 保养 提供参考 根据酸碱度 的测量 监控机床摩擦及 腐蚀等问题 为查找判断故障原因提供依据 表1 主要传感器类型及主要监测量 编 传 感器类型 相关图片 主 要监 测量 号 l 加速度传感器 监测主轴 工作 台的振动情况 2 电涡流传感器 监溯主轴偏心量 记录主轴运行状态 3 电 压传感 器 舔 监测电柜电压 4 电 流 传 感 器 叠 监 测 电 柜 电 流 5 温度 传感器 监测油箱温度 切削液温度 6 压 力传 感器 监测主油箱 切削液压力 7 液 位 传 感 器 i l 监 测 储 液 箱 液 位 主 油 箱 液 位 红 外 测 温 传 感 譬 监 测 主 轴 温 度 9 器 8 P H值 传感器 监测切削液的P H值 1 2远程设备管理及故障诊断系统 1 2 1网络控制模块 网络控 制模块实现 对各个采集终端 的身份管 理 上 传数 据 的接 收及 诊断 结 果的下 传 采 用 S o c k e t 技术 可 以根据服务器 实际硬件性 能 设 置并 发用户个数 任 意控制某一采集终端 的连 接与断开 保障系统的安全性 实时侦听各个采集 终端 的连接消息 针对采集终端的非正常断开情 况 增加反馈信息功能 向采集终端提 示连接状 况 对数据包进行加密 保障数 据的准确性及安 全性 1 2 2 设备管理模块 设备管理模块实现用户信息管理 监 测点 的 信息管理和设备管理 等 监测点的信息管理采用 了六级 的树形 管理 目录 包括有总厂一 分厂一 车 间一 设 备一 监 测点一 监 测物理量 采用图形化 的界面 显示 对于每级 目录都对 应有相应 的属性页来描 述该级设备 信息 能够清 晰的显示 出机床测点位 置信 息和 测量数据 的分级管理 同时可根据具体 需要增加或删除测点 提供设备及数据的检索