數控機床遠程故障診斷系統研究

苗君明

遼寧廣播電視大學 （沈陽 110034）

網絡技術的發展為數控機床的狀態檢測與診斷提供了便捷的技術手段，基于網絡技術的診斷系統可以有效地實現資源共享、遠程會診，也可以對企業人員進行遠程培訓和知識傳播。數控機床是一種柔性的、高效能的自動化機床，代表了現代機床控制技術的發展方向，是一種典型的機電一體化產品，是企業生產線上的關鍵生產設備。如果發生故障，不能及時維修，將給企業造成經濟損失。因此企業用戶十分重視在數控機床出現故障征兆信號時如何提前進行診斷及如何及時維修處理。

1 數控機床遠程診斷系統的意義及現狀

1.1 數控機床遠程診斷系統的意義

數控機床遠程診斷系統能實現對數控機床的遠程檢測和管理，從而保證機床正常運行；可以實現網絡上的診斷數據共享，利用網絡專家對機床故障進行遠程會診，提高故障診斷的智能化水平和可靠性；可以縮短分析故障信息的時間，提高診斷效率，減少停機時間，增強企業的競爭力；可以方便數控機床使用者、機床制造方和專家之間的聯系，能夠在較短時間內獲得大量信息、維修經驗，提升服務水平。

1.2 數控機床遠程診斷系統的現狀

國外數控機床制造商在所生產的產品中添加了遠程診斷模塊，有利于遠程指導和維修。當數控機床在使用過程中出現故障時，都可以通過網絡從制造商維護中心獲得相關資料，對于常見故障，可以利用網絡通訊加以解決；對于嚴重故障，可以通過信息交互模式，快速解決。國內數控機床制造商在遠程診斷方面還比較薄弱，還沒有成熟的產品和集成功能的網絡技術。近年來，我國數控研究者相繼開發了藍天I型，航天I型等開放式數控系統，為實現遠程故障診斷提供相應技術準備和可能。

2 系統總體結構

數控機床遠程故障診斷系統結構體系主要分為數控機床狀態檢測和故障預處理終端、遠程故障診斷中心兩部分。狀態檢測和故障預處理終端安置數控機床上，用于監控數控機床現場的狀態和對故障信息預進行處理；遠程故障診斷中心安裝在數控機床服務中心的服務器上，實現專家系統故障分析和診斷功能。系統體系結構如圖1所示。

數控機床狀態監測和故障預處理終端是狀態檢測和故障診斷的關鍵部件，根據需要，將不同功能的傳感器安裝在數控機床相應位置，獲得數控機床實時運行狀態信息，如溫度、轉速、振動、壓力等；通過數據傳輸系統，獲得數控機床各種運行參數和故障代碼，對數控機床的運行數據和故障特征進行綜合預處理，利用神經網絡和故障處理技術，形成狀態數據和故障數據包，當數控機床運行狀態異常或潛在異常時，利用網絡將數據發送到遠程故障診斷中心，獲得故障機床的狀態檢測信息，利用專家系統進行故障分析，完成故障的遠程檢測。對于疑難故障，可以進行遠程專家會診，判斷故障內容，提出處理方案，指導數控機床維修人員對機床進行維修。

3 系統功能和實現

系統由故障診斷系統、故障信息系統、數據傳輸系統和遠程故障預警與診斷中心組成。

3.1 故障診斷系統

該系統有信息處理系統和信息采集系統組成。信息采集系統在線采集數控機床的運行狀態，并將數控機床的溫度、轉速、振動信號由電荷放大裝置和A/D轉換裝置進行信號轉換，再經過信息處理系統中除噪、信號分析等環節，最后對信號進行分類，歸一化處理，輸入故障信息系統。

3.2 故障信息系統

故障信息系統定時采集各個子系統的特征信號，豐富數據庫；運用小波分析和神經網絡的方法對所接收到的信號進行分析；對數控機床當前運行狀態進行評估，并給出預測結論。當數控機床運行參數偏離正常范圍時，系統將根據不同情況，給出相應警告及處理辦法，如圖2所示。

圖2 故障信息系統

3.3 數據傳輸系統

數據傳輸系統將數控機床的運行狀態特征通過網絡送到遠程故障診斷中心，再將診斷意見輸送到故障信息系統。

3.4 遠程故障預警與診斷中心

遠程故障預警與診斷中心是數控機床遠程診斷系統的核心和關鍵技術，主要由信息交流模塊、故障診斷模塊、知識庫模塊、用戶模塊和機床信息管理模塊等5部分組成。信息交流模塊主要實現故障診斷中心、故障診斷模塊與故障信息系統之間信息交流。故障診斷模塊是故障診斷的核心部分，主要實現對遠程診斷請求信號進行處理、分類，可以提供在線診斷和離線診斷等功能。知識庫中的知識數量和質量是遠程故障預警與診斷中心的核心模塊，決定著診斷的準確性。診斷系統中各診斷程序與知識庫相互獨立，知識庫具有自動更新的功能，隨著數控機床故障的發生與解決，自行將故障信息進行整合，得出對應故障特征向量和故障代碼，不斷完善和充實知識庫，從而提高診斷的質量和性能，達到滿足遠程診斷的需要。知識庫中當數控機床發生故障，將會求助與遠程故障診斷中心，增加了“臨床”機會，增加知識積累，同時專家也可以根據具體情況對知識庫進行整理，提供診斷效率。用戶模塊主要實現用戶的注冊、管理及信息查詢，用戶主要包括專家和企業技術人員。機床的信息管理是按照時間順序對每一臺機床建立相應的檔案，內容主要包括機床生產的時間、技術文檔；機床維護時間、維護檔案；機床發生故障時間、故障原因、處理結論；主要部件生產時間、技術文檔等。

4 結語

數控機床遠程故障診斷技術就是將數控機床故障診斷技術與計算機網絡技術相結合，在數控機床上建立狀態監測點，采集其運行狀態數據，并在企業局域網和INTERNET上建立專家診斷中心，對數控機床運行狀態進行分析診斷。它可以使故障診斷更加靈活方便，并能有效提高診斷的精確性以及工作效率，減少維護時間。

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