基于MySQL數據庫技術的沖床故障診斷

鄭 義

（長春師范學院 網絡中心，長春 130032）

0 引言

近年來，為了節省成本支出，增加企業利潤，制造業中的全面自動化已經成為了眾多企業追求的目標。盡管自動化技術的出現已經極大的推動了現代制造業的快速發展，為制造業大幅降低了人力成本，但信息的有效傳遞始終是制造業效率提升的瓶頸，例如機械故障遠程監控與診斷等問題上的很多不便。

進入二十一世紀以來，自動化、網絡通信、微電子以及計算機等技術的快速發展極大的推動了現代制造業的發展。采用現代信息技術與網絡技術構造先進的遠程監控系統，可以在一定程度上緩解上述問題。在制造業中，遠程監控系統是一個制造執行系統的前端，也是自動化制造過程中必要的軟件設施。通過遠程監控系統，可以利用先進的網絡技術將收集到的數據傳輸給后端的數據庫，提供給制造系統使用。目前利用現代信息技術與網絡技術，制造業的控制和管理已經達到一個新的起點[1,2]。

沖床是高速運行的板金沖壓設備，它具有短的生產周期，極高的靈活性與生產效率，在板金加工中占有非常重要的位置。因此，對沖床設備進行遠程監控與及時的故障診斷，提高制造業的可靠性，已成為當前一項重要的任務。如果在沖床設備的監控中通過網絡進行通信，將數據及時的傳輸給后端的監控端，并利用數據庫技術進行有效的處理，將大大的提高制造業中沖床設備的監控效率。然而，目前現有的研究鮮少利用網絡通信與數據庫技術實現沖床的遠程監控與故障診斷。

本文基于網絡通信和計算機技術，提出一種基于MySQL數據庫的制造業中沖床故障診斷方案，通過PLC和Internet網絡獲得沖床傳動信息，將遠程監控系統的數據庫通過ODBC后，用MySQL數據庫與PHP實現遠距離的故障診斷。

1 沖床故障診斷

根據《數控機床可靠性試驗規范》，我們首先對沖床的故障模式進行分析，按照故障發生的頻率，我們將故障模式進行分類，如表1所示。

表1 沖床的常見故障模式

為了將這些故障數據傳輸到后端數據庫處理，本文將采用數據采集器進行數據的收集，即PC機與可編程控制器(PLC)連接獲取數據。數據采集器的功能，在于啟動時不斷的向PLC讀取數據，而PLC的數據則是來自于相連接的生產制造設備。數據采集器將PLC傳送過來的數據以特定的格式儲存于其暫存器中。此后，使用MySQL數據庫進行數據儲存。

2 MySQL數據庫技術

所謂的數據庫管理系統，就是一個把所有數據處理相關的技術全部集合在一起的軟件系統。換句話說，這個系統必須提供建立數據表、新增數據、查詢數據以及刪除數據的方法。在關系數據庫模型中，數據庫是一個許多數據表的集合，數據表內有些字段的內容是這筆數據所特有的信息，而有些字段的內容則是如何參照其他數據表數據的信息，這樣記錄之間的鏈接就會被內部化。

結構化查詢語言(SQL)是專門設計來和數據庫溝通的程序語言，包括MySQL在內，大部分關系數據庫都使用SQL來操作資料。MySQL符合主從式的中心思想：一個強大的服務器，須能同時服務多個Client[3]。和大多數的應用程序一樣，MySQL也采用TCP/IP 作為通訊時的協議。更為重要的是：MySQL是公開的源碼。MySQL程序以C、C++開發而成，并成功編譯成Linux、FreeBSD、OS/2、Win98、WinNT、Win2000、WinXP 等操作系統。它提供不同程序語言的API呼叫。SQL 函式由高度優化之類別函式庫所實作。MySQL 程序包括了多種字段型態：interger、FLOAT、DOUBLE、CHAR、VARCHAR、TEXT、BLOB、DATE、TIME、DATETIME、TIMESTAMP、YEAR、SET 和ENUM。客戶端可以使用TCP Sockets、Unix Sockets 或Named Pipes與MySQL服務器程序聯機。

3 基于MySQL的機床遠程監控

在制造業中，一個完整的制造執行系統一般包括遠程監控系統(RMCS, Remote Monitoring and Control System)、決策支持系統(DSS, Decision Support System)、企業規劃(ERP, Enterprise Resource Planning)等功能。在制造業中，遠程監控系統是一個制造執行系統的前端，也是自動化制造過程中必要的軟件設施。通過遠程監控系統，可以利用先進的網絡技術將收集到的數據傳輸給后端的數據庫，提供給制造決策系統使用。

遠程監控系統構建過程如下：通過可編程控制器(PLC)和Internet網絡獲得制造工廠內部工作場所的圖像及遠程控制工廠內攝影機記錄的視頻，使操作員能在遠距離之外通過Internet網絡監控工廠內部的工作情況，并且由上述生產數據建立WEB數據庫。再將遠程監控系統的數據庫通過開放式數據庫連接(Open DataBase Connectivity，ODBC)后，用MySQL數據庫來進行整合。最后，通過Internet讓管理者及客戶用瀏覽器就能了解制造工廠內的生產狀況。

本文研究的制造業沖床遠程故障診斷系統如圖1所示。

圖1 沖床遠程故障診斷系統組成

3.1 可編程控制器

通過仿真器與主程序的搭配，可以將制造設備的某些異常狀況顯示于計算機屏幕上，并將這些異常的數據加以儲存。由制造設備的監控系統結合可編程控制器，不僅可以實時監控設備的機器狀況，并且可將每一筆數據記錄存入數據庫中，并建立網絡數據庫，令操作人可在遠程使用及監控數據庫狀態。可編程控制器運作過程如下：當可程控器送電后，先執行各項初值設定，再檢查軟件語法是否正確與硬件有無錯誤訊息，一切正常則等待運轉命令。當運轉信號啟動，首先讀取各個輸入狀態，并存入內存中[4]。再按應用程序的順序，依序執行每一步序直到END 指令為止，這是一個掃描周期。完成一次掃描后，即建立完成輸出狀態表，輸出模塊再按狀態輸出表處理輸出信號，完成輸出信號處理后，再重復執行，直到停止信號啟動，可編程控制器才停止運轉。

3.2 PHP

本文利用MySQL數據庫先與網頁編輯軟件連接，再搭配PHP 動態網頁程序中的Phpmyadmin的功能替服務器端建立在線數據庫，并通過Dreamweaver網頁編輯軟件輸出，使服務器數據庫的內容能自動更新。

PHP 程序是由Rasmus Lerdorf 在1995年開發，用于動態網頁設計，且開放原始碼的程序語言。相比其他動態網頁開發的程序，如：ASP、JCGI等。PHP具有許多的優勢。動態網頁是一種可先在服務器端執行的網頁，當使用人要求讀取網頁數據時，先在服務器端依程序的設計內容處理，之后再將結果以HTML格式的內容顯示給用戶的瀏覽器。因此，在瀏覽同一個頁面時，不同的使用者看到的網頁內容也不一定相同。

3.3 系統開發環境與實現步驟

系統開發的相關環境如下。

1）操作系統－WindowsXP；

2）MySQL 版本－4.0.7 source distribution for Windows；

3）編譯工具－Microsoft Visual C++ 6.0。

將沖床的不同故障模式的數據，包括旋轉不同步、軟件功能失常、液、氣、油滲漏、幾何精度超標、零部件與元器件損壞、電機不能正常工作、連鎖失靈的異常信號進行記錄，通過MySQL數據庫處理，并與網頁編輯軟件結合以網頁形式輸出信息。數據收集器、數據庫與Web網站整合圖如圖2所示。基于MySQL的沖床遠程故障診斷系統中數據庫的操作步驟如下。

1）建立數據庫，然后在ODBC界面建立數據收集函數，并將其路徑指定到數據庫。

2）使用SQL的敘述指令Create table建立數據表格、欄位與索引。

3）使用SQL的敘述指令Insert info對數據表增加數據。

4 結論

圖2 數據收集器、數據庫與Web網站整合圖

在制造業中，遠程監控系統是一個制造執行系統的前端，也是自動化制造過程中必要的軟件設施。自動化技術在為制造業大幅降低了人力成本的同時，也造成了信息的傳遞、機械故障維修等問題。采用現代信息技術與網絡技術構造先進的遠程監控系統，可以在一定程度上緩解上述問題。本文基于網絡通信和計算機技術，提出一種基于MySQL數據庫的制造業中沖床故障診斷方案，通過PLC和Internet網絡獲得沖床傳動信息，將遠程監控系統的數據庫通過ODBC后，用MySQL數據庫與PHP實現遠距離的故障診斷。

[1]沈愛群.基于Interne面向機床的遠程監測與故障診斷系統的研究與開發[D].南京: 東南大學機械工程系, 2004.

[2]任建平, 白恩遠, 王俊元, 趙美虹.現代數控機床故障診斷及維修[M].北京, 國防工業出版社, 2002.

[3]飛思科技產品研發中心.SQL Server 2000數據庫和數據倉庫[M].電子工業出版社, 2001.

[4]齊從謙, 王士蘭.PLC技術及應用[M].北京: 機械工業出版社, 2000.