數(shù)控機床大數(shù)據(jù)采集總線技術(shù)研究

1、數(shù)控機床大數(shù)據(jù)采集總線技術(shù)研究摘要：隨著大數(shù)據(jù)信息集合的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)機床產(chǎn)業(yè)也開始進行大數(shù)據(jù)的商業(yè)化應(yīng) 用。相比于隨機抽樣調(diào)查而言，大數(shù)據(jù)存在著傳輸高速、數(shù)據(jù)海量和多樣化等方 面特征，能夠完整工業(yè)數(shù)據(jù)的有效整合與管理。本文主要對數(shù)控機床人數(shù)據(jù)采集 總線技術(shù)展開研宂，通過分析數(shù)控機床的監(jiān)控與管理傳輸模式，提出數(shù)控機床 大數(shù)據(jù)數(shù)字智能化的發(fā)展與應(yīng)用方向。關(guān)鍵詞：數(shù)控機床;人數(shù)據(jù)采集;總線技術(shù);云服務(wù)平臺;作者簡介：梁蟲軍（1976-）,男，河南長垣人，無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，機電 技術(shù)學(xué)院，講師，研宄方向為機械電子工程、cad/cae技術(shù)?；穑簾o錫市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃立項課題基于大數(shù)據(jù)的高職

2、院校微信公 眾號管理模式研宄階段性成果，課題編號:h/d/2016/013,課題負責(zé)人:華艷、 梁矗軍0引言物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)，是未來制造工業(yè)中使用的主耍技術(shù)。數(shù)控機床作 為工業(yè)產(chǎn)品的主要加工技術(shù)，也需要在工業(yè)產(chǎn)品的制造、裝備環(huán)節(jié)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 與智能化發(fā)展。當(dāng)前我國處于制造工業(yè)的轉(zhuǎn)型吋期，大多數(shù)制造業(yè)逐漸向“制造 +服務(wù)”的方向轉(zhuǎn)變，這就帶來丫工業(yè)火數(shù)據(jù)的發(fā)展機遇。因此大數(shù)據(jù)采集總線 技術(shù)，將推動數(shù)控機床工業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展。1大數(shù)據(jù)與數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀分析1.1工業(yè)大數(shù)據(jù)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀大數(shù)據(jù)依托于分布式處理軟件框架，通過軟件框架的擴展與伸縮，來實現(xiàn)海量 數(shù)據(jù)的存儲活動。大數(shù)據(jù)軟件中包含

3、多種數(shù)據(jù)處理與分析工具，能夠完成數(shù)據(jù)統(tǒng) 計、可視化等操作，還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的自動管理與語義分析工作。幫助企業(yè)預(yù)測 降低不確定性，提高準確性，并在商業(yè)領(lǐng)域取得成功應(yīng)用。分布式處理系統(tǒng)能夠 將節(jié)點數(shù)據(jù)資源庫中的指定內(nèi)容，通過和應(yīng)策略往下層節(jié)點推送，其能夠大大 降低存儲磁盤的空間占用。而大數(shù)據(jù)在工業(yè)方面的發(fā)展與應(yīng)用，主要著重于工業(yè) 制造、產(chǎn)品設(shè)計和數(shù)據(jù)管理等方面。例如:在工業(yè)制造的過程中，可以利用大數(shù) 據(jù)操控機床夾具，進行元件的定位與夾緊操作，從而實現(xiàn)機械產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。 還可以利用大數(shù)據(jù)中自動生成的訂單信息，來指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)線中的產(chǎn)品生產(chǎn)活 動。同時大數(shù)據(jù)能夠?qū)ιa(chǎn)線的運轉(zhuǎn)情況進行監(jiān)督，對產(chǎn)品質(zhì)量的好

4、壞完成把 控。因此大數(shù)據(jù)在工業(yè)產(chǎn)品的機械化生產(chǎn)過程中，主要承擔(dān)著數(shù)據(jù)收集、信息控 制等方面的工作。1.2數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀隨著我國智能化數(shù)控機床的快速發(fā)展，其在工業(yè)生產(chǎn)方面發(fā)揮的作用也越來越 大。但從我國數(shù)控機床的生產(chǎn)制造方面來看，數(shù)控機床的智能化與自動化仍有待 進一步提升。數(shù)控機床中的核心技術(shù)，包括智能儀表儀器、傳感器、大數(shù)據(jù)操控 系統(tǒng)等，這些技術(shù)對于數(shù)控機床的智能化發(fā)展至關(guān)重要。但從當(dāng)前發(fā)展情況來看, 大多數(shù)數(shù)控企業(yè)不具備智能化生產(chǎn)條件，不能通過大數(shù)據(jù)完成零件生產(chǎn)，只能 通過代工組裝來獲得相應(yīng)利潤。這就導(dǎo)致了工業(yè)制造的勞動附加值較低，技術(shù)含 量低的情況。數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)正朝著網(wǎng)絡(luò)化、分布節(jié)

5、點獨立化的方向發(fā)展，其生產(chǎn) 流程具有著實時動態(tài)化的特征。我國計算機數(shù)控機床在多模式組多通道技術(shù)方面， 已經(jīng)完成突破性進展。我國數(shù)控機床在工業(yè)產(chǎn)品加工中，開始逐漸向高精密度、 高效率方面轉(zhuǎn)變，旨在提升機械零件的工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量，加強數(shù)控機床企業(yè)的市 場競爭力。特別是在總線型高端數(shù)控產(chǎn)品的生產(chǎn)方面，其打破了歐美在數(shù)控機床 行業(yè)的技術(shù)壟斷，推動了數(shù)控機床行業(yè)的智能化發(fā)展?？貦C床大數(shù)據(jù)采集總線的技術(shù)架構(gòu)2.1數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)控制總線的大數(shù)據(jù)采集平臺數(shù)控機床系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)傳感器，進行海量數(shù)據(jù)的收集活動，經(jīng)由各部件相連總 線完成信息傳輸，再通過電子顯示屏幕來控制機械運行。本文將華中8型數(shù)控系 統(tǒng)作為主要案例，對數(shù)控

6、機床網(wǎng)絡(luò)控制總線的大數(shù)據(jù)采集平臺進行分析，主要 探宄數(shù)據(jù)的收集與傳輸方式。網(wǎng)絡(luò)控制總線技術(shù)有閉合線路延遲小、數(shù)據(jù)處理即 時性高等優(yōu)點，其中的集成電路數(shù)據(jù)能夠完成周期性通信要求，還能夠根據(jù)相 應(yīng)的安全指標，進行數(shù)據(jù)檢測與發(fā)送工作。因此網(wǎng)絡(luò)控制總線技術(shù)，能夠從根本 上提升數(shù)控機床產(chǎn)品生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，推動工業(yè)制造向精密加工的方向發(fā)展。 在網(wǎng)絡(luò)控制總線技術(shù)的前提下，大數(shù)據(jù)采集平臺能夠?qū)?shù)控機床施加動力、壓力 和溫控等操作，然后用各類傳感器接收機床的數(shù)據(jù)反饋。在數(shù)控機床的螺母、軸 承等部位，進行溫控傳感器的安裝，從而完成機床溫度的檢驗活動。在數(shù)控機床 的箱體、床身等部位，進行動力傳感器的安裝，從而實現(xiàn)

7、機床震動的檢驗工作。 在數(shù)控機床進給位移量軸部位，進行光柵尺位移傳感器的安裝，從而完成對整 個機床電路的操控。網(wǎng)絡(luò)控制總線能夠在網(wǎng)絡(luò)帶寬較低情況下，將生成的差分信 號傳輸?shù)?0模塊單元和數(shù)據(jù)存儲單元;然后將緩存完成數(shù)據(jù)信息，傳輸?shù)娇偪?制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸可以不在屏幕中進行顯示。數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)控制總線的人數(shù)據(jù) 采集平臺，其整體框架如圖1所示。大數(shù)據(jù)米集平臺的數(shù)據(jù)收集，主要包含以下兒方面內(nèi)容:機床在零件加工過程中 產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，數(shù)控機床螺母、軸承的位置信息，光柵尺位移傳感器、編碼器 的位置信息。同時還能夠檢測到數(shù)控軸電流、進給位移量軸電流的信息，以及數(shù) 控呈現(xiàn)程序g指令的執(zhí)行狀況、溫控傳感器等的數(shù)

8、據(jù)信息。在傳感器數(shù)據(jù)信息的 檢測過程中，需?？拷植键c來得到最真實的效果。最后還能對行進精度分析儀 中，徑向變位、模具沖擊形變進行檢測，并分析激光位移測量儀的誤差信息。高頻數(shù)據(jù)采集儲存卡rawrmstm32frgapsmc技術(shù)firo(tabfe出隊級存在1 kb/s帶寬 k逐步將緩存存實時敁示實吋顯示pc數(shù)裾發(fā)送到 系焱，保證信 號不失典，能 if實時叢示圖1數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)控制總線的大數(shù)據(jù)采集平臺框架 下載原圖通過使用指令域示波器，進行數(shù)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)收集與分析。指令域示波器主要 收集以下幾方面數(shù)據(jù)信息:生產(chǎn)的給定脈沖與反饋脈沖差值、振動信息、車床主 軸功率、電滾子電流等。通過對以上信息的收集

9、，能夠構(gòu)筑機械運行、信息指令 之間的動態(tài)關(guān)聯(lián)。而且大數(shù)據(jù)采集平臺中，存在著智能化加工模塊、可視化信息 查看模塊。其中智能化加工模塊包含加工軌跡控制、振動與切削功率控制、產(chǎn)品 工藝控制等方面信息，這些數(shù)據(jù)控制能夠有效提升產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。數(shù)控機床中 的大數(shù)據(jù)釆集信息系統(tǒng)，能夠?qū)?shù)控機床的加工軌跡、零件位置進行確定，并實 時監(jiān)測機床的工作狀況。可視化信息查看模塊，包含絲杠熱分析與補償、vec誤 差補償、主軸動平衡、生產(chǎn)安裝診斷等方面信息，能夠?qū)Υ嬖趩栴}的部位進行預(yù) 警。通過可視化信息查看模塊，工作人員能夠清楚了解機床的工作情況。2.2數(shù)控機床的云服務(wù)平臺研宄2. 2.1數(shù)控機床的云設(shè)備數(shù)控機床的云服

10、務(wù)平臺，主要包括數(shù)據(jù)層、其他云服務(wù)構(gòu)架層兩個部分。其中數(shù) 據(jù)層屮包含數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)存儲信息、數(shù)據(jù)庫終端信息等，這一部分為云服務(wù)平臺 核心內(nèi)容。云服務(wù)數(shù)據(jù)層主耍用于用戶控制、機床加工之間的連接，其也能夠完 成與分布式控制系統(tǒng)、可編程邏輯控制器等之間的信息溝通，進而完成機床運行 信息的獲取，以及機床運行過程中參數(shù)的控制。數(shù)控機床云服務(wù)的數(shù)據(jù)層，主要 為機械設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)提供相應(yīng)的智能化服務(wù)支持，提升工業(yè)生產(chǎn)零件的生產(chǎn)質(zhì) 量與效率。當(dāng)前大多數(shù)數(shù)控機床生產(chǎn)車間，正在著力打造一體化智慧型生產(chǎn)與加 工平臺，通過引進大數(shù)據(jù)存儲計算技術(shù)、云服務(wù)平臺等技術(shù)，推動數(shù)控機床系統(tǒng) 的數(shù)字化發(fā)展。云服務(wù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的控制技術(shù)，

11、主要包含模塊化數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存 儲與傳輸、云服務(wù)計算等方面內(nèi)容。模塊化數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲與傳輸?shù)饶K，是 在網(wǎng)絡(luò)控制總線技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。數(shù)控機床的云設(shè)備整體框架為:數(shù)據(jù)機 床通過生產(chǎn)設(shè)備局域網(wǎng)，與外部互聯(lián)網(wǎng)進行連接，并經(jīng)由4g網(wǎng)絡(luò)建立互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng) 關(guān)?？蛻糁恍柰ㄟ^移動互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，就能夠?qū)崿F(xiàn)零件形態(tài)的選擇與下單。云服務(wù) 數(shù)據(jù)系統(tǒng)的控制技術(shù)平臺架構(gòu)如圖2所示。2.2.2數(shù)控機床的云服務(wù)平臺構(gòu)架數(shù)控機床的云服務(wù)平臺構(gòu)架，主要包含加工數(shù)據(jù)分析、數(shù)控機床生產(chǎn)安裝診斷、 生產(chǎn)流程優(yōu)化、數(shù)據(jù)信息存儲等內(nèi)容。云服務(wù)平臺構(gòu)架能夠?qū)崊颊莆諜C床的加工 數(shù)據(jù)，對數(shù)控機床單個時間段n運行狀況進行顯示，通過條形圖、樹狀

12、圖等信息 閣標進行顯示。用戶可以點擊數(shù)控機床的信息顯示按鈕，來杳看數(shù)控機床的運行 狀況、開機時間、故障發(fā)生情況等信息。還可以通過工作流程監(jiān)控面板，進行零 件位置、g指令、工件三維仿真、可編程邏輯控制器數(shù)據(jù)圖等內(nèi)容的查看。該數(shù) 控機床的云服務(wù)平臺構(gòu)架，能夠有效提升設(shè)備的生產(chǎn)效率，降低設(shè)備的保養(yǎng)維 修成本。而用戶只需通過移動終端、pc等電子設(shè)備，就能夠?qū)?shù)控機床的云服務(wù)平臺進 行訪問，從而完成數(shù)控系統(tǒng)的監(jiān)控與管理活動。還可以利用大型三維仿真技術(shù)， 在云服務(wù)平臺進行產(chǎn)品的三維仿真，進行軟件應(yīng)用的跨平臺交流。但在大數(shù)據(jù)云 服務(wù)平臺中，工作人員主要負責(zé)管理數(shù)控機床的生產(chǎn)加工，對生產(chǎn)的設(shè)備情況、 零件加工

13、流程進行控制，并對最終的數(shù)據(jù)信息展開分析，以此來判定數(shù)控機床 潛在的安仝隱患。同吋數(shù)控機床的云服務(wù)平臺，能夠通過云服務(wù)中心的遠程控制, 實現(xiàn)數(shù)據(jù)機床中數(shù)控裝罝、hmi、運動規(guī)劃、軸運動等內(nèi)容的控制。因此云服務(wù) 中心、電子設(shè)備終端、應(yīng)用軟件和數(shù)控機床等，共同構(gòu)成了完整的智能化數(shù)控網(wǎng) 絡(luò)控制總線架構(gòu)，從而實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的裨能化要求。3.云什算、2 fljl努技術(shù)平臺設(shè)備1壓為籲器振動篇囂位薄霧h開放式數(shù)控系統(tǒng)軟硬件技術(shù)平臺主軸電機竄線電機力矩電機圖2云服務(wù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的控制技術(shù)平臺3結(jié)語以上研宄表明:數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)控制總線技術(shù)、云服務(wù)平臺等，共同構(gòu)成了數(shù)控機 床智能化控制網(wǎng)絡(luò)。其中數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)控制總線技術(shù)，主要負責(zé)統(tǒng)計機床車身零 件的位置、溫度、震動等信息，并對收集到的數(shù)據(jù)信息進行分析。而數(shù)控機床的 云服務(wù)平臺，主要負責(zé)機床生產(chǎn)流程的分析與數(shù)據(jù)存儲。但從工業(yè)整體發(fā)展而言, 大數(shù)據(jù)采集總線技