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1、數(shù)控機床遠程監(jiān)控與檢測系統(tǒng)的功能分析 【摘要】數(shù)控機床以網(wǎng)絡通信為基礎,利用視頻、傳感器等監(jiān)控技術,實時采集數(shù)控機床的工作狀態(tài),遠程監(jiān)控數(shù)控機床的動作,實現(xiàn)數(shù)控機床的遠程監(jiān)控與故障診斷。并對遠程監(jiān)控進行了理論分析。 【關鍵詞】數(shù)控機床;遠程監(jiān)控;檢測;網(wǎng)絡 1.前言 全球化是制造業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢,通過網(wǎng)絡使制造業(yè)相關的生產(chǎn)商、供應商及客戶聯(lián)系在一起。同時對數(shù)控機床的生產(chǎn)、加工制造企業(yè)的遠程監(jiān)控和服務能力提出了更高的要求。網(wǎng)絡化將數(shù)控機床的加工、監(jiān)控、診斷、維修和服務等功能集中于一體,作為制造業(yè)的母機,數(shù)控機床將成為整個制造網(wǎng)絡中的一個節(jié)點,最大
2、限度的縮短產(chǎn)品的設計和制造周期,服務和響應時間。 隨著計算機、自動控制、傳感器等新技術的不斷進步,數(shù)控機床向高性能、智能化、多功能化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展,目前先進的數(shù)控系統(tǒng)均配有完備的遠程通信接口和與上位機進行通信的完整協(xié)議,這些特點都為實現(xiàn)數(shù)控機床的遠程訪問、操作與監(jiān)控提供了良好的基礎和條件。 2.遠程信息傳輸 數(shù)控機床網(wǎng)絡通信要求信息傳輸及時可靠,并具有在線輸入、編輯和查詢功能??山鉀Q各種數(shù)據(jù)的共享、管理、存儲和傳輸?shù)葐栴}。同時網(wǎng)絡通信模式要求遠程控制計算機和數(shù)控機床之間可以進行雙向通信。 傳統(tǒng)的串行通信存在傳輸距離短(一般在15m范圍之內(nèi)),通信效率低,易受電磁干擾等問題。網(wǎng)絡通信模式是通過
3、數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部集成網(wǎng)絡通信功能,直接將數(shù)控機床連接局域網(wǎng)絡。具有傳輸距離長,異地傳輸信息,成本低、擴展性和升級性好等優(yōu)點。 無線網(wǎng)絡通信技術通過無線接入點與DNC主服務器及外部Internet連接。不受傳輸障礙及布線困難等問題的限制,對減少車間布線和簡化生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境有著不可替代的靈活性。但其具有抗干擾能力弱、傳輸穩(wěn)定性差及建網(wǎng)成本巨大等不穩(wěn)定因素,對于干擾較小而布線能力困難的加工車間,可以大規(guī)模應用無線網(wǎng)絡通信。 3.信息采集 利用傳感器技術在數(shù)控機床上安裝各式傳感器,如溫度傳感器、電壓傳感器、壓力傳感器、速度傳感器、位移傳感器及激光傳感器用來檢測數(shù)控機床的運動軸、刀具以及其它床身內(nèi)機械或電氣部
4、件的運行狀態(tài),及時地采集數(shù)控機床各設備的溫度、振動、聲音等信息,把檢測到的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,當輸入信號的變化后,根據(jù)不同的狀態(tài)信息實時記錄和監(jiān)視機床的運行狀態(tài)。 數(shù)控機床的主軸由驅(qū)動電壓進行控制,不同的驅(qū)動電壓驅(qū)動主軸以不同轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn),不同的轉(zhuǎn)速代表數(shù)控機床不同的工作狀態(tài),如低速、高速、怠速等狀態(tài)。電壓傳感器采集主軸的驅(qū)動電壓信號即可判斷數(shù)控機床的工作狀態(tài)。 數(shù)控機床的滾珠絲杠、導軌、主軸等結構都是由金屬材料制成,電機、運動部件摩擦發(fā)熱以及環(huán)境溫度等變化,均會對機床運動軸位置產(chǎn)生附加誤差,這將直接影響機床的定位精度,從而影響工件的加工精度。溫度傳感器用來實時監(jiān)測數(shù)控機床是否工作在允許的
5、溫度范圍內(nèi)。 影響刀具使用壽命的因素有溫度、磨損和振動。當?shù)毒叩哪p或振動超過某個標準,利用刀具外置的傳感器檢測報警,并提示相應的報警信息。 利用視頻技術在數(shù)控機床工作站內(nèi)安裝高清攝像頭,顯示機床加工狀態(tài)圖像,并進行傳輸和保存。操作者可以全面了解數(shù)控機床的運行情況,為遠程監(jiān)測提供了直觀的可視環(huán)境。有利于遠程故障診斷和解決方案的及時反饋。 4.遠程控制 數(shù)控機床自身是帶有編碼器和光柵尺等檢測元件的閉環(huán)控制系統(tǒng),但還是需要人工操作和管理的設備,應用數(shù)控機床遠程監(jiān)控系統(tǒng)就可以減少人工的干預,利用先進的計算機技術來管理和控制設備的運行。 遠程監(jiān)控系統(tǒng)利用傳感器通過網(wǎng)絡采集和分析數(shù)控機床的加工狀態(tài)信息,
6、對數(shù)控機床的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控和管理,可以完成一系列如遠程發(fā)送NC程序、控制指令,模擬數(shù)控機床的加工狀態(tài),顯示動態(tài)刀具軌跡等功能。通過網(wǎng)絡與異地的生產(chǎn)、設計研發(fā)或機床廠家等部門連接,遠程計算機連接企業(yè)服務器,直接控制或訪問現(xiàn)場的數(shù)控機床,完成生產(chǎn)任務的下達和上報、統(tǒng)計等工作。調(diào)用存儲在本地計算機數(shù)據(jù)庫中與數(shù)控機床相關的信息,監(jiān)控機床的運行狀態(tài),如加工、待機或停機狀態(tài),以及處于各種狀態(tài)的時間。統(tǒng)計機床加工零件的數(shù)量、時間、加工次數(shù)等各類加工生產(chǎn)數(shù)據(jù)。通過分析可以得到產(chǎn)品的質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計,包括產(chǎn)品產(chǎn)量、庫存、生產(chǎn)率及廢品率的數(shù)據(jù),得出設備工況、故障報告等信息。 利用無線網(wǎng)絡技術,管理者通過手機等移
7、動終端設備,實時顯示產(chǎn)品所處的運行狀態(tài)。及時了解設計、工藝、生產(chǎn)等產(chǎn)品的流程,掌握生產(chǎn)和管理中出現(xiàn)的各種問題,并快速提出解決方案。無論在任何地點,都可以知道操作數(shù)控機床的工人在做什么,做了多少工作。 5.遠程故障診斷及維修 數(shù)控機床的自動化和復雜程度越來越高,維修成本也相應增加,停機時損失巨大。遠程故障診斷技術使維修人員通過網(wǎng)絡在虛擬到場的情況下對數(shù)控機床進行遠程在線故障診斷及處理,當機床出現(xiàn)故障時,自動智能報警,顯示故障發(fā)生的具體部位,并給出故障信息提示。保證數(shù)控機床處于良好的工作狀態(tài),減少故障停機時間。同時實現(xiàn)提前預警,用戶還沒發(fā)現(xiàn)故障時,服務人員就已經(jīng)到現(xiàn)場解決問題了。這樣既簡化維修流程
8、,縮短設備維修的響應時間,又提高故障診斷的效率和數(shù)控機床的使用壽命。 通過建立數(shù)控機床故障數(shù)據(jù)庫,把數(shù)控機床所發(fā)生的故障形成歷史記錄,保存機床參數(shù)、刀補參數(shù)、螺距補償、工件坐標等,文件為后續(xù)使用和維護提供依據(jù)。另外,為防止數(shù)控機床信息丟失,實時對數(shù)控機床的狀態(tài)信息如數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)、PLC的I/O狀態(tài)數(shù)據(jù)、伺服和主軸相關數(shù)據(jù)、波形診斷數(shù)據(jù)、報警信息或系統(tǒng)識別等信息進行備份,對NC程序的調(diào)用和保存進行統(tǒng)一規(guī)范的管理。當出現(xiàn)參數(shù)丟失或被意外更改等故障時,通過網(wǎng)絡重置參數(shù),解決手工恢復量太大,速度慢、效率低的問題。 網(wǎng)絡化是制造業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢,但某些類別數(shù)控機床的使用在整個生產(chǎn)工藝流程中具有特殊性
9、,如單件生產(chǎn)或首件試切,一些特種加工機床,如電加工機床或磨、鋸床等,其生產(chǎn)工藝較簡單,易受生產(chǎn)條件限制,不適于網(wǎng)絡監(jiān)控管理。 6.結論 數(shù)控機床遠程監(jiān)控改變了傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式,對生產(chǎn)現(xiàn)場實現(xiàn)遠程監(jiān)控和無人化管理。提高程序傳輸效率和設備使用率,節(jié)約生產(chǎn)準備時間。規(guī)范車間加工管理流程,統(tǒng)一規(guī)劃企業(yè)中的生產(chǎn)、設計和售后服務等部門,真正實現(xiàn)了數(shù)字化車間的生產(chǎn)管理。對數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)整體技術水平和企業(yè)核心競爭力的加強有重要意義,具有良好的應用前景。 參考文獻 1吳孜越,仲志丹,張洛平.XML在數(shù)控機床遠程監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)中的應用J.機械設計與制造,2006(8). 2許振偉.基于Internet的數(shù)控機床遠程控制J.機床與液壓,2006,5. 3孫從科,陳淳輝.數(shù)控機床網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)J.機械制造與研究,2008,37(3). 4楊延清等.DNC網(wǎng)絡體系的設計與構建J.現(xiàn)代制造工程,2011,12:60-64. 5尚建新生產(chǎn)車間異構數(shù)控機床DNC系統(tǒng)設想J
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