[发明专利]一种基于网络架构的在线监测数控系统

说明书

技术领域

本发明属于制造业的数控系统技术领域，特别是涉及数控系统的在线监测、故障诊断、智能控制及网络化远程维护。

背景技术

先进制造技术领域对制造质量要求的提高，使作为高精数字化加工基础的在线监测、状态辨识及智能控制技术凸显其重要性。在数控系统上搭建在线监测软、硬件平台，是进行多种加工物理状态预警、控制，进而实现机床整机性能维护的基础。目前现有的在线监测诊断系统，包括可实现机床电气系统、开关量类型故障检测的西门子ePS[1]，FANUC 18i系列[2]以及如瑞士Kistler公司的切削力监测[3]，德国ARTIS的刀具监控[4]等面向单项功能部件的监测诊断系统。其存在的主要问题有，传统的在线监测设备存在由于体积制约导致的安装复杂性和设备外置性特点，而定制的专用嵌入式监测模块又存在研发周期长、开放性差和监测功能单一等缺陷，难以适应高档数控系统开放式架构和功能模块可重构的发展需求。针对上述问题，具有机床整机故障的多物理信息状态预警功能，同时兼具可重构性和开放性的功能模块化嵌入式智能测控系统的开发，是国内外数控机床故障诊断领域亟待解决的关键技术之一。

[1].ePS Network Services，SIEMENS，www.automation.siemens.com/SIEMENS网站.

[2].16i/18i/21i远程及故障诊断系统，www.bj-fanuc.com.cn/发那科网站.

[3].Kistler切削工具监测，www.kistler.com/cn_cn-cn/441_CuttingToolMonitoring/Cutting-Tool-Monitoring.html/Kistler刀具监测网站.

[4].SINUMERIK 810D powerline，www.automation.siemens.com/SIEMENS网站.

发明内容

基于上述现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种基于网络构建的在线监测数控系统，通过开发通用接口，在开放式数控系统构架与模块化可重构嵌入式监测单元信息无缝交互的基础上，基于网络构建出具有在机监测和智能维护功能的数控机床整机系统，一体化地实现了高档数控机床的状态可显示、故障可诊断、性能可预报、远程可监控的嵌入式状态监测诊断系统。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于网络架构的在线监测数控系统，包括数控机床、嵌入式在线监测单元、远程故障诊断中心以及标准接口，其中，所述嵌入式在线监测单元具有单独的中央处理器独立设置于该系统中，该单元包括PC/104总线、信号调理模块、数据采集卡和系统在线监测模块：

所述信号调理模块，用于进行传感器输出电压、电流的放大和滤波运算，以满足输出模拟信号的降噪精度及A/D采集芯片的要求；

所述数据采集卡，用于实现多通道电压和电流的A/D数据转换；

所述系统在线监测模块，用于对A/D采集到的数字信号进行实时显示和相应故障诊断算法下的报警和在线监测)；以及

所述嵌入式在线监测单元与所述数控机床通过TDNC-Connect传输协议提供的标准化接口构建弱耦合连接的数据传输；所述在线监测单元通过标准接口和远程故障诊断中心连接，采用TDNC-Connect传输协议进行故障数据传输；以及所述数控机床与所述远程故障诊断中心通过标准接口实现连接，采用TDNC-Connect传输协议实现信息交互；

所述嵌入式在线监测单元可采用以太网(Ethernet)数控系统现场总线、Internet网络、USB及串口等多种连接方式与数控系统的连接；··

所述嵌入式在线监测单元同时适用于DSP主处理芯片和FPGA协处理器的双CPU结构嵌入式监测单元；··

该系统还包括上位机，将故障诊断、智能维护的大量任务交由上位机实现，弥补了在线监测单元运行处理能力的限制。