一種數控系統遠程診斷系統的方案設計

唐建銳，梁桂明

(廣州數控設備有限公司，廣東廣州510530)

1 遠程診斷系統組成

隨著計算機網絡技術和通信技術的發展，經過單機封閉式診斷系統到基于局域網的分布式監測診斷系統之后，基于Internet(因特網)的遠程故障診斷系統隨之迅速發展，并在設備保障方面得到日趨廣泛的應用。

數控系統遠程診斷系統，使設備供應商通過Internet 網絡或無線通信系統對數控系統進行在線的實時監控和故障診斷。圖1 為遠程診斷系統體系的組成結構圖。

圖1 遠程診斷系統體系組成結構圖

遠程客戶端通過數控設備的現場服務機與數控設備交換信息，實現數控系統的遠程監控、雙向文件傳輸，以及通過Web 瀏覽器訪問現場服務機所采集的現場數據。遠程診斷系統包括現場數據采集、現場服務機和遠程客戶端部分，其功能如下。

現場數據采集部分:現場數據即數控系統的內部數據，數控系統的內部數據即數控系統的運行信息，如系統型號、軟硬件版本、編號、加工狀態、IO 狀態、系統參數，及操作日志、報警日志數據等等;現場服務機對這些數據進行處理，并保存于歷史數據庫以備診斷時查詢。

現場服務機:硬件為個人計算機，采用內置數據庫和Web 服務器技術，實現的功能有對現場數控系統的診斷數據采集、數據庫存儲;作為遠程監控的服務器端，實現遠程客戶端對數控系統的監控;實現遠程客戶端對數控系統的文件傳輸代理;作為Web 服務器，響應遠程客戶端的請求，提供各項診斷數據的實時顯示頁面。

遠程客戶端:使用Web 瀏覽器觀察數控系統現場的各項運行信息，并使用遠程監控客戶端軟件對現場的數控系統進行遠程監控，使用文件傳輸軟件進行文件傳輸以及輔助的維護、診斷工具。

遠程診斷系統主要包括以下幾部分:

(1)數控系統遠程監控

分為服務器端和客戶端兩個模塊，服務器端通過局域網與現場數控系統連接，路由數控系統界面顯示數據和鍵盤操作信息;客戶端通過Internet 與服務器端連接，對服務器端管理的數控系統進行實時的數控系統界面顯示和遠程編輯鍵盤操作。

(2)數控系統遠程文件管理

分為服務器端和客戶端兩個模塊，服務器端通過局域網與現場數控系統連接，客戶端通過服務器端與數控系統完成加工程序、梯形圖程序、參數、刀具補償、報警日志、操作日志等數據文件的雙向傳輸功能。

(3)遠程診斷Web 服務器

在現場服務機實現Web 服務器，設計Web 頁面，遠程用戶通過Web 瀏覽器進行登錄和系統管理，查看診斷相關的各項狀態、數據報表等，實現遠程對數控系統現場進行診斷與分析。

2 現場數據采集和傳輸

數控系統現場數據采集由設備本身和局域網內的現場服務機共同完成。

目前的數控系統均具備以太網連接功能，但其數控系統內部具有以太網訪問功能的模塊功能相對比較簡單，一般不具備單獨的互聯網直接訪問功能，也不具備內建的網絡防火墻，以及內網防火墻穿透等用于互聯網文件傳輸的復雜的網絡功能。因此需要在數控系統所在的企業局域網內，使用現場服務機用于數控系統診斷數據轉發的代理服務器，數控系統通過內部以太網接口，將診斷文件傳輸給代理服務器，再由遠程客戶端這個代理服務器進行遠程診斷。

需要進行采集的數據如下:

①設備信息:包括數控系統型號、編號，軟件版本、可編程器件版本、硬件各部件版本;數控系統所連接的伺服以及電機的型號、編號，軟件版本、硬件版本等;機床型號、編號等信息。

②運行狀態:工件加工時間、加工件數、開機及關機時間、坐標信息、運動速度、報警信息等。

③配置文件:包括系統參數、加工程序、梯形圖程序等。

④異常數據:由系統的自檢功能以及異常處理功能所發現的異常狀態發生時存儲的數控系統內部數據。

現場服務機與數控系統間的數據通信基于面向連接的基于IP 的TCP 協議，自定義數據包的格式如下:

FrameType 幀類型 FrameSize 幀長度DataSize 數據長度Data 數據…EndFlag幀結束符

在數據包的格式設計中，充分考慮未來信息內容擴展的需求，幀頭設計一個幀類型數據，當服務機與數控系統的版本不匹配時，將未知類型的數據包丟棄，以達到最大的兼容結果。

3 基于Web 的遠程診斷

基于Web 的遠程診斷技術采用HTTP協議并通過超文本鏈接將各種信息鏈接到HTML 頁面供用戶瀏覽，集成了文本、圖形、圖像、聲音等多種媒體，在各操作系統平臺上具有相同的瀏覽界面及操作方式，采用瘦客戶/肥服務器的形式，客戶端只需要安裝瀏覽器，而系統的維護完全在服務器端進行。

圖2 遠程診斷

Web 服務器監聽遠程客戶端的服務請求，返回需要的數據。基于TCP/IP 的套接字通信，具體消息處理遵循HTTP 協議。其工作流程如圖2所示。

Web 頁面采用封層結構進行設計，其組織結構如圖3所示。

圖3 封層結構圖

4 結束語

介紹了一種基于Internet 的數控系統遠程故障診斷系統的設計方案，主要以數控系統的設備信息、運行狀態、配置文件、異常數據作為診斷依據，分析數控系統自身所存在的故障。在實際應用中，作為數控機床不可分割的組成部分，除數控系統外，通常還需要對伺服驅動系統、機床的故障進行診斷，以對數控機床的故障進行全面診斷。隨著研究的深入和遠程診斷系統的開發和完善，服務網絡化、數控設備的遠程操作、監控和診斷維護功能的開發和應用，將有效提高數控機床故障診斷和維修水平。

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