數控機床MDC網絡在設備管理中的應用

劉 清，楊麗茹

（1.中國石油集團濟柴動力有限公司成都壓縮機分公司，四川成都 610100；2.中國石油西南油氣田公司輸氣管理處，四川成都 610213）

1 車間現狀

1.1 車間數控機床現狀

公司曲軸作業線有10臺大型的數控機加工設備，包括5臺數控龍門鏜銑床、2臺進口數控隨動磨床和3臺進口數控車銑復合中心。這批設備是曲軸加工車間的主力設備，同時也標志著公司和世界接軌，逐步實現機械加工自動化。這些設備均采用SINUMERIK 840D sl數控系統，該系統具有模塊化、開放、靈活的結構特點，CNC（Computer Numerical Control，計算機數字控制機床）、HMI（Human Machine Interface，人機界面）、PLC（Pro原grammable Logic Controller，可編程邏輯控制器）、驅動閉環控制和通信模塊集成于1個SINUMERIK NCU（Numerical Control Unit，數控單元）中。結構緊湊、高功率密度的SINAMICS S120驅動系統，結合SIMATIC S7-300 PLC系統，能實現強大而完善的機械加工功能。機床采用DRIVE-CLiQ通信方式，不僅能顯著降低設備的布線成本，還能實現最優的網絡集成性能。通過DRIVE-CLiQ通信方式連接的機床各個關鍵電氣元件，可以將元件信息傳回NCU，就能通過機床的操作界面直觀、主動地了解機床重要電氣元器件的工作情況。現在車間里的每臺數控設備都是獨立存在的，雖然有先進的加工性能，但是沒有進行聯網的數控設備，在功能實現上會受到很大限制。

1.2 數控機床MDC網絡組網的基礎

10臺機床均采用SINUMERIK 840D sl數控系統，該系統擁有基于以太網的通信方案和強大的PLC通信功能，在技術層面完全支持信息共享，這是數控機床MDC（Meta Data Con原troller，元數據控制器）網絡組網的基礎。聯網設備的接口參數：Sinumerik 840D SL系統，RJ45接口，網卡連接，采集方式Ma原chine link V1.0。

2 數控設備聯網的目標及原則

2.1 數控設備聯網的目標

網絡建成后，可以逐步完善數控設備的各項使用功能，除了可以完成數控機床的程序和刀具管理外，在設備管理和維護方面可以實現大量功能：設備狀態監控、遠程診斷、控制、程序傳輸、軟件升級、設備臺賬管理及維修記錄等，從而最大限度發揮數控設備使用效能。

（1）本次實施聯網系統工程，構建基于以太網的車間專用網絡，全面實現機床的網絡管理與信息監控，機床由以前的獨立存在轉變為整個工廠的網絡節點，實現數控機床的完全信息化管理。

（2）通過強大的機床數據采集和實時分析功能，可進行實時的機床各種數據的分析統計，從而有利于生產和設備管理部門科學安排生產計劃、采取正確措施，提高設備的使用效率。

（3）建立一套設備維護派工、維修記錄平臺，使維修工作更加快捷、高效，并解決紙張記錄不易保存和統計、維修缺乏統計分析等問題。

（4）維修工程師可實現遠程診斷和維修，極大提高維修效率，并可通過網絡獲得技術支持及軟件升級。

（5）系統能讓設備管理人員及時掌握機床的運行情況和各種故障報警信息，對機床信息作到實時采集，便于維修與管理。

（6）可實現程序和刀具管理。

2.2 數控機床MDC網絡組網原則

數控設備組網是為了實現打造數字化工廠的原則，根據實際情況，充分利用現有資源，保證機床監控系統的穩定可靠，便于日后擴展，以達到成本經濟的目的。因此要求系統具有可靠性、可擴展性、兼容性、易操作，同時要具有較高的運行性價比。

3 設備管理與維修方面對平臺的要求

（1）要求網絡可兼容西門子、發那科及國內知名的數控廠家機床數控系統。

（2）必須保證每臺設備的數控系統的安全獨立性，在發生網絡故障的情況下，每臺設備應該能保持獨立正常運轉。

（3）設立必要的安全網關和登錄權限，保證系統安全。

（4）操作界面應該簡潔、直觀、形象，能在一定程度上反應出設備的運行狀況和故障狀況，點擊故障設備，可查看故障報警信息。

（5）系統可配套西門子相關軟件，STEP 7-MicroWIN V4.0、step7 v5.5 sp4（中文帶仿真）、WinCC v7.3、TIA V15（直裝版）。

（6）通過系統平臺，運用西門子S7軟件，可登錄每臺設備數控系統，查看設備運行情況及各種系統參數。

（7）如果要更改機床數控系統參數，必須要最高系統授權。且在修改時，網絡系統需要給出警告信息。

（8）要求留置網絡接口，便于遠程診斷。

（9）主機能自動定期備份數控設備的NC和PLC數據。

（10）留置網絡接口，便于后期添加其余的數控設備。

（11）主機存儲每臺設備電子文檔資料及電氣、機械圖紙。

（12）要求有西門子公司的硬件查詢和故障代碼查詢功能。

（13）設備維護派工、維修記錄平臺要求運行平穩，系統在每月底能自動生成設備運轉及維修報告，并給出設備的完好率報表。

4 數控機床MDC網絡架構

本次MDC項目的實施，根據公司數控車間的實際情況，公司數控車間的10臺數控機床組成一個內部局域網，通過交換機和光纖收發器連接到MDC服務器上。MDC服務器設置雙網卡，內部網卡連接機床內部網絡，外部網卡連接到公司辦公網絡，通過網絡將機床監控系統集中在一個網絡平臺，方便技術中心對服務器的集中管理。通過1臺服務器作為機床監控的應用服務器，服務器上需要安裝數據庫ORACLE11g，對于MDC系統分配表空間和用戶名。數控車間DNC（Distributed Numerical Con原trol，分布式數控）網絡架構如圖1所示。

圖1 數控車間DNC網絡架構

5 數控車間DNC網絡在設備管理上的應用

數控車間DNC網絡在設備維護上的運用包括了設備實時監控管理、設備遠程診斷和檢修、設備臺賬管理、設備故障報修管理、設備保養管理及點檢管理等子模塊。

5.1 設備實時監控管理

數控車間DNC網絡可以通過SIEMENS系統機床自帶的網卡采集實時信息，如機床開機關機時間、空閑時間、空轉時間、加工時間、報警時間等機床的工作狀態信息。然后通過連接在網絡上的終端機，可以實時查看機床當前所處的工作狀態、程序信息、機床轉速、進給、倍率、主軸負載、坐標信息等。對設備維修特別重要的報警信息，能準確的查看報警號及報警內容，并提供故障處理建議。通過電子看板能顯示車間每一臺網卡采集機床的實時運行狀態（運行、空閑、報警、關機），機床運行的程序名，機床正在加工的生產訂單號、模具代號、零件號、工序號，以及機床的主軸功率，機床的F/S值，可以為機床的故障診斷提供參考。

5.2 設備遠程診斷和檢修

數控車間DNC網絡系統在維修辦公室的網絡終端，裝載西門子相關工業應用軟件，如利用STEP7，WinCC等，借助網絡聯接的功能，可以實現在網設備的遠程在線診斷和維修，使維修作業更加直觀、快捷。

5.3 設備臺賬管理

設備臺賬管理模塊主要為生產和設備管理部門提供各個分廠的設備基礎數據。設備的基本信息包括設備名稱、設備編碼、規格型號、自編號、出廠編號、出廠時間、投產時間、安裝地點、制造廠家和檔案編號等信息。設備管理人員可以通過DNC網絡配套臺賬管理模塊輸入、查看、設置各臺設備基本信息，并可對全公司的設備進行分組、分類、分工段管理。公司上層管理人員可隨時查詢設備的檔案、維修保養計劃，以判斷生產計劃的合理性，并可為績效評估提供基礎數據。設備檔案管理還包括：設備明細表；設備報廢、報損、移機；設備主要備件情況；其他設備相關資料。

5.4 設備故障報修管理

設備故障報修模塊主要用于管理設備故障報修的整個工作業務流程。整個業務流程如圖2所示。

圖2 設備故障網絡報修流程

（1）已聯網的設備，可以直接通過MDC網絡自動保修；未聯網的機床操作者發現機床發生故障后，首先自己判斷能否處理，如果不能處理，必須要進行機床故障報修時，操作者可以按下安裝在機床旁邊的紅色按燈按鈕進行保修。以上2種情況都會讓機床進入“故障報警”狀態。

（2）同時位于分廠維修班組值班室的機床故障報警燈也會處于紅色閃爍狀態，而且伴隨有報警鈴聲，維修主管部門辦公室也會收到類似的聲光報警。分廠設備管理人員收到機床故障報警信息后，可以登錄設備管理系統，向設備維修主管部門領導進行設備故障報修的匯報。

（3）設備維修主管接收到報修請求后，可以在設備管理系統中指派維修任務給設備維修人員。設備維修人員到現場進行機床故障維修。按下黃色按燈按鈕，機床狀態變更為“維修中”，如果經過簡單維修能處理完機床故障，則通知機床操作者進行機床試車和維修驗收。如果需要購買維修備件的話，則該機床暫時處于故障待修狀態，設備維修人員登錄系統，向維修部門主管反饋機床故障原因和需要采購維修備件的請求。等待維修備件到貨后機床維修人員再進行該機床的故障維修。設備維修完畢后，再通知機床操作者進行機床試車和維修驗收。

（4）如果設備維修人員到現場判斷機床故障廠內無法維修時，可以登錄系統，向設備維修主管領導匯報，由主管領導通知外協單位來進行設備維修，設備維修完畢后，再通知機床操作者進行機床試車和維修驗收。

（5）設備維修完畢，機床操作者驗收合格后，由機床操作者按下按燈綠色按鈕，機床狀態恢復為“機床正常”，同時分廠維修班組值班室和維修主管部門辦公室的機床狀態燈也會恢復為綠色正常狀態。

（6）設備維修人員可以在設備管理系統中對設備維修記錄進行錄入和維護，設維修記錄包括了所維修的設備名稱、設備編號、設備維修開始時間、設備維修結束時間、設備維修人員名稱、設備故障基本情況記錄、設備維修處理方法，是否更換了維修備件，是否聯系外協單位維修等信息。

5.5 設備保養及點檢管理設備保養

設備保養及點檢管理設備保養一般分為一級保養、二級保養。一級保養和二級保養的內容、時間、規則可自定義設置，也可設置周期性保養或自定義保養提醒規則，并根據設備近期運行狀況進行保養提醒，由設備計劃申請提交后，進行審核確定。到了設備保養的時間，系統自動提示需要進行設備保養，相關人員根據設備保養計劃進行日常保養，登記保養記錄。提供設備點檢計劃的維護和管理功能，對于已經制定的點檢計劃，在操作員打開系統時自動彈出點檢提示，根據點檢項目及點檢頻率，系統自動對設備進行點檢提示，點檢結束后將點檢結果錄入到系統中。

6 結語

數控機床MDC網絡在設備管理與維修上的運用，只是實現工廠數控設備網絡化、信息化、集成化的小一部分功能，隨著機床數控技術的迅猛發展以及工廠網絡的逐步完善，利用先進的網絡技術來有效地收集、處理工廠設備信息，建立以信息化為核心的管理體制，減輕設備管理人員和維修人員的負擔，極大提高設備管理與維修的效率己經成為當今社會的潮流。在不久的將來，將得到全面的普及和推廣，為工廠和社會創造巨大的價值。