基于MySQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)的沖床故障診斷

鄭 義

（長(zhǎng)春師范學(xué)院 網(wǎng)絡(luò)中心，長(zhǎng)春 130032）

0 引言

近年來，為了節(jié)省成本支出，增加企業(yè)利潤(rùn)，制造業(yè)中的全面自動(dòng)化已經(jīng)成為了眾多企業(yè)追求的目標(biāo)。盡管自動(dòng)化技術(shù)的出現(xiàn)已經(jīng)極大的推動(dòng)了現(xiàn)代制造業(yè)的快速發(fā)展，為制造業(yè)大幅降低了人力成本，但信息的有效傳遞始終是制造業(yè)效率提升的瓶頸，例如機(jī)械故障遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷等問題上的很多不便。

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)通信、微電子以及計(jì)算機(jī)等技術(shù)的快速發(fā)展極大的推動(dòng)了現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展。采用現(xiàn)代信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)造先進(jìn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可以在一定程度上緩解上述問題。在制造業(yè)中，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的前端，也是自動(dòng)化制造過程中必要的軟件設(shè)施。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可以利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將收集到的數(shù)據(jù)傳輸給后端的數(shù)據(jù)庫，提供給制造系統(tǒng)使用。目前利用現(xiàn)代信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，制造業(yè)的控制和管理已經(jīng)達(dá)到一個(gè)新的起點(diǎn)[1,2]。

沖床是高速運(yùn)行的板金沖壓設(shè)備，它具有短的生產(chǎn)周期，極高的靈活性與生產(chǎn)效率，在板金加工中占有非常重要的位置。因此，對(duì)沖床設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與及時(shí)的故障診斷，提高制造業(yè)的可靠性，已成為當(dāng)前一項(xiàng)重要的任務(wù)。如果在沖床設(shè)備的監(jiān)控中通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，將數(shù)據(jù)及時(shí)的傳輸給后端的監(jiān)控端，并利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行有效的處理，將大大的提高制造業(yè)中沖床設(shè)備的監(jiān)控效率。然而，目前現(xiàn)有的研究鮮少利用網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)現(xiàn)沖床的遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷。

本文基于網(wǎng)絡(luò)通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)，提出一種基于MySQL數(shù)據(jù)庫的制造業(yè)中沖床故障診斷方案，通過PLC和Internet網(wǎng)絡(luò)獲得沖床傳動(dòng)信息，將遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫通過ODBC后，用MySQL數(shù)據(jù)庫與PHP實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的故障診斷。

1 沖床故障診斷

根據(jù)《數(shù)控機(jī)床可靠性試驗(yàn)規(guī)范》，我們首先對(duì)沖床的故障模式進(jìn)行分析，按照故障發(fā)生的頻率，我們將故障模式進(jìn)行分類，如表1所示。

表1 沖床的常見故障模式

為了將這些故障數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶蠖藬?shù)據(jù)庫處理，本文將采用數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，即PC機(jī)與可編程控制器(PLC)連接獲取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集器的功能，在于啟動(dòng)時(shí)不斷的向PLC讀取數(shù)據(jù)，而PLC的數(shù)據(jù)則是來自于相連接的生產(chǎn)制造設(shè)備。數(shù)據(jù)采集器將PLC傳送過來的數(shù)據(jù)以特定的格式儲(chǔ)存于其暫存器中。此后，使用MySQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存。

2 MySQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)

所謂的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，就是一個(gè)把所有數(shù)據(jù)處理相關(guān)的技術(shù)全部集合在一起的軟件系統(tǒng)。換句話說，這個(gè)系統(tǒng)必須提供建立數(shù)據(jù)表、新增數(shù)據(jù)、查詢數(shù)據(jù)以及刪除數(shù)據(jù)的方法。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型中，數(shù)據(jù)庫是一個(gè)許多數(shù)據(jù)表的集合，數(shù)據(jù)表內(nèi)有些字段的內(nèi)容是這筆數(shù)據(jù)所特有的信息，而有些字段的內(nèi)容則是如何參照其他數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)的信息，這樣記錄之間的鏈接就會(huì)被內(nèi)部化。

結(jié)構(gòu)化查詢語言(SQL)是專門設(shè)計(jì)來和數(shù)據(jù)庫溝通的程序語言，包括MySQL在內(nèi)，大部分關(guān)系數(shù)據(jù)庫都使用SQL來操作資料。MySQL符合主從式的中心思想：一個(gè)強(qiáng)大的服務(wù)器，須能同時(shí)服務(wù)多個(gè)Client[3]。和大多數(shù)的應(yīng)用程序一樣，MySQL也采用TCP/IP 作為通訊時(shí)的協(xié)議。更為重要的是：MySQL是公開的源碼。MySQL程序以C、C++開發(fā)而成，并成功編譯成Linux、FreeBSD、OS/2、Win98、WinNT、Win2000、WinXP 等操作系統(tǒng)。它提供不同程序語言的API呼叫。SQL 函式由高度優(yōu)化之類別函式庫所實(shí)作。MySQL 程序包括了多種字段型態(tài)：interger、FLOAT、DOUBLE、CHAR、VARCHAR、TEXT、BLOB、DATE、TIME、DATETIME、TIMESTAMP、YEAR、SET 和ENUM?？蛻舳丝梢允褂肨CP Sockets、Unix Sockets 或Named Pipes與MySQL服務(wù)器程序聯(lián)機(jī)。

3 基于MySQL的機(jī)床遠(yuǎn)程監(jiān)控

在制造業(yè)中，一個(gè)完整的制造執(zhí)行系統(tǒng)一般包括遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)(RMCS, Remote Monitoring and Control System)、決策支持系統(tǒng)(DSS, Decision Support System)、企業(yè)規(guī)劃(ERP, Enterprise Resource Planning)等功能。在制造業(yè)中，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的前端，也是自動(dòng)化制造過程中必要的軟件設(shè)施。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可以利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將收集到的數(shù)據(jù)傳輸給后端的數(shù)據(jù)庫，提供給制造決策系統(tǒng)使用。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建過程如下：通過可編程控制器(PLC)和Internet網(wǎng)絡(luò)獲得制造工廠內(nèi)部工作場(chǎng)所的圖像及遠(yuǎn)程控制工廠內(nèi)攝影機(jī)記錄的視頻，使操作員能在遠(yuǎn)距離之外通過Internet網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控工廠內(nèi)部的工作情況，并且由上述生產(chǎn)數(shù)據(jù)建立WEB數(shù)據(jù)庫。再將遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫通過開放式數(shù)據(jù)庫連接(Open DataBase Connectivity，ODBC)后，用MySQL數(shù)據(jù)庫來進(jìn)行整合。最后，通過Internet讓管理者及客戶用瀏覽器就能了解制造工廠內(nèi)的生產(chǎn)狀況。

本文研究的制造業(yè)沖床遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 沖床遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)組成

3.1 可編程控制器

通過仿真器與主程序的搭配，可以將制造設(shè)備的某些異常狀況顯示于計(jì)算機(jī)屏幕上，并將這些異常的數(shù)據(jù)加以儲(chǔ)存。由制造設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合可編程控制器，不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的機(jī)器狀況，并且可將每一筆數(shù)據(jù)記錄存入數(shù)據(jù)庫中，并建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，令操作人可在遠(yuǎn)程使用及監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫狀態(tài)?？删幊炭刂破鬟\(yùn)作過程如下：當(dāng)可程控器送電后，先執(zhí)行各項(xiàng)初值設(shè)定，再檢查軟件語法是否正確與硬件有無錯(cuò)誤訊息，一切正常則等待運(yùn)轉(zhuǎn)命令。當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)啟動(dòng)，首先讀取各個(gè)輸入狀態(tài)，并存入內(nèi)存中[4]。再按應(yīng)用程序的順序，依序執(zhí)行每一步序直到END 指令為止，這是一個(gè)掃描周期。完成一次掃描后，即建立完成輸出狀態(tài)表，輸出模塊再按狀態(tài)輸出表處理輸出信號(hào)，完成輸出信號(hào)處理后，再重復(fù)執(zhí)行，直到停止信號(hào)啟動(dòng)，可編程控制器才停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2 PHP

本文利用MySQL數(shù)據(jù)庫先與網(wǎng)頁編輯軟件連接，再搭配PHP 動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁程序中的Phpmyadmin的功能替服務(wù)器端建立在線數(shù)據(jù)庫，并通過Dreamweaver網(wǎng)頁編輯軟件輸出，使服務(wù)器數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容能自動(dòng)更新。

PHP 程序是由Rasmus Lerdorf 在1995年開發(fā)，用于動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁設(shè)計(jì)，且開放原始碼的程序語言。相比其他動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁開發(fā)的程序，如：ASP、JCGI等。PHP具有許多的優(yōu)勢(shì)。動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁是一種可先在服務(wù)器端執(zhí)行的網(wǎng)頁，當(dāng)使用人要求讀取網(wǎng)頁數(shù)據(jù)時(shí)，先在服務(wù)器端依程序的設(shè)計(jì)內(nèi)容處理，之后再將結(jié)果以HTML格式的內(nèi)容顯示給用戶的瀏覽器。因此，在瀏覽同一個(gè)頁面時(shí)，不同的使用者看到的網(wǎng)頁內(nèi)容也不一定相同。

3.3 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境與實(shí)現(xiàn)步驟

系統(tǒng)開發(fā)的相關(guān)環(huán)境如下。

1）操作系統(tǒng)－WindowsXP；

2）MySQL 版本－4.0.7 source distribution for Windows；

3）編譯工具－Microsoft Visual C++ 6.0。

將沖床的不同故障模式的數(shù)據(jù)，包括旋轉(zhuǎn)不同步、軟件功能失常、液、氣、油滲漏、幾何精度超標(biāo)、零部件與元器件損壞、電機(jī)不能正常工作、連鎖失靈的異常信號(hào)進(jìn)行記錄，通過MySQL數(shù)據(jù)庫處理，并與網(wǎng)頁編輯軟件結(jié)合以網(wǎng)頁形式輸出信息。數(shù)據(jù)收集器、數(shù)據(jù)庫與Web網(wǎng)站整合圖如圖2所示。基于MySQL的沖床遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫的操作步驟如下。

1）建立數(shù)據(jù)庫，然后在ODBC界面建立數(shù)據(jù)收集函數(shù)，并將其路徑指定到數(shù)據(jù)庫。

2）使用SQL的敘述指令Create table建立數(shù)據(jù)表格、欄位與索引。

3）使用SQL的敘述指令I(lǐng)nsert info對(duì)數(shù)據(jù)表增加數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

圖2 數(shù)據(jù)收集器、數(shù)據(jù)庫與Web網(wǎng)站整合圖

在制造業(yè)中，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的前端，也是自動(dòng)化制造過程中必要的軟件設(shè)施。自動(dòng)化技術(shù)在為制造業(yè)大幅降低了人力成本的同時(shí)，也造成了信息的傳遞、機(jī)械故障維修等問題。采用現(xiàn)代信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)造先進(jìn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可以在一定程度上緩解上述問題。本文基于網(wǎng)絡(luò)通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)，提出一種基于MySQL數(shù)據(jù)庫的制造業(yè)中沖床故障診斷方案，通過PLC和Internet網(wǎng)絡(luò)獲得沖床傳動(dòng)信息，將遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫通過ODBC后，用MySQL數(shù)據(jù)庫與PHP實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的故障診斷。

[1]沈愛群.基于Interne面向機(jī)床的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].南京: 東南大學(xué)機(jī)械工程系, 2004.

[2]任建平, 白恩遠(yuǎn), 王俊元, 趙美虹.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床故障診斷及維修[M].北京, 國(guó)防工業(yè)出版社, 2002.

[3]飛思科技產(chǎn)品研發(fā)中心.SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫[M].電子工業(yè)出版社, 2001.

[4]齊從謙, 王士蘭.PLC技術(shù)及應(yīng)用[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2000.