一種數(shù)控系統(tǒng)遠程診斷系統(tǒng)的方案設計

唐建銳，梁桂明

(廣州數(shù)控設備有限公司，廣東廣州510530)

1 遠程診斷系統(tǒng)組成

隨著計算機網(wǎng)絡技術和通信技術的發(fā)展，經過單機封閉式診斷系統(tǒng)到基于局域網(wǎng)的分布式監(jiān)測診斷系統(tǒng)之后，基于Internet(因特網(wǎng))的遠程故障診斷系統(tǒng)隨之迅速發(fā)展，并在設備保障方面得到日趨廣泛的應用。

數(shù)控系統(tǒng)遠程診斷系統(tǒng)，使設備供應商通過Internet 網(wǎng)絡或無線通信系統(tǒng)對數(shù)控系統(tǒng)進行在線的實時監(jiān)控和故障診斷。圖1 為遠程診斷系統(tǒng)體系的組成結構圖。

圖1 遠程診斷系統(tǒng)體系組成結構圖

遠程客戶端通過數(shù)控設備的現(xiàn)場服務機與數(shù)控設備交換信息，實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的遠程監(jiān)控、雙向文件傳輸，以及通過Web 瀏覽器訪問現(xiàn)場服務機所采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。遠程診斷系統(tǒng)包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場服務機和遠程客戶端部分，其功能如下。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集部分:現(xiàn)場數(shù)據(jù)即數(shù)控系統(tǒng)的內部數(shù)據(jù)，數(shù)控系統(tǒng)的內部數(shù)據(jù)即數(shù)控系統(tǒng)的運行信息，如系統(tǒng)型號、軟硬件版本、編號、加工狀態(tài)、IO 狀態(tài)、系統(tǒng)參數(shù)，及操作日志、報警日志數(shù)據(jù)等等;現(xiàn)場服務機對這些數(shù)據(jù)進行處理，并保存于歷史數(shù)據(jù)庫以備診斷時查詢。

現(xiàn)場服務機:硬件為個人計算機，采用內置數(shù)據(jù)庫和Web 服務器技術，實現(xiàn)的功能有對現(xiàn)場數(shù)控系統(tǒng)的診斷數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫存儲;作為遠程監(jiān)控的服務器端，實現(xiàn)遠程客戶端對數(shù)控系統(tǒng)的監(jiān)控;實現(xiàn)遠程客戶端對數(shù)控系統(tǒng)的文件傳輸代理;作為Web 服務器，響應遠程客戶端的請求，提供各項診斷數(shù)據(jù)的實時顯示頁面。

遠程客戶端:使用Web 瀏覽器觀察數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場的各項運行信息，并使用遠程監(jiān)控客戶端軟件對現(xiàn)場的數(shù)控系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控，使用文件傳輸軟件進行文件傳輸以及輔助的維護、診斷工具。

遠程診斷系統(tǒng)主要包括以下幾部分:

(1)數(shù)控系統(tǒng)遠程監(jiān)控

分為服務器端和客戶端兩個模塊，服務器端通過局域網(wǎng)與現(xiàn)場數(shù)控系統(tǒng)連接，路由數(shù)控系統(tǒng)界面顯示數(shù)據(jù)和鍵盤操作信息;客戶端通過Internet 與服務器端連接，對服務器端管理的數(shù)控系統(tǒng)進行實時的數(shù)控系統(tǒng)界面顯示和遠程編輯鍵盤操作。

(2)數(shù)控系統(tǒng)遠程文件管理

分為服務器端和客戶端兩個模塊，服務器端通過局域網(wǎng)與現(xiàn)場數(shù)控系統(tǒng)連接，客戶端通過服務器端與數(shù)控系統(tǒng)完成加工程序、梯形圖程序、參數(shù)、刀具補償、報警日志、操作日志等數(shù)據(jù)文件的雙向傳輸功能。

(3)遠程診斷Web 服務器

在現(xiàn)場服務機實現(xiàn)Web 服務器，設計Web 頁面，遠程用戶通過Web 瀏覽器進行登錄和系統(tǒng)管理，查看診斷相關的各項狀態(tài)、數(shù)據(jù)報表等，實現(xiàn)遠程對數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場進行診斷與分析。

2 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和傳輸

數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集由設備本身和局域網(wǎng)內的現(xiàn)場服務機共同完成。

目前的數(shù)控系統(tǒng)均具備以太網(wǎng)連接功能，但其數(shù)控系統(tǒng)內部具有以太網(wǎng)訪問功能的模塊功能相對比較簡單，一般不具備單獨的互聯(lián)網(wǎng)直接訪問功能，也不具備內建的網(wǎng)絡防火墻，以及內網(wǎng)防火墻穿透等用于互聯(lián)網(wǎng)文件傳輸?shù)膹碗s的網(wǎng)絡功能。因此需要在數(shù)控系統(tǒng)所在的企業(yè)局域網(wǎng)內，使用現(xiàn)場服務機用于數(shù)控系統(tǒng)診斷數(shù)據(jù)轉發(fā)的代理服務器，數(shù)控系統(tǒng)通過內部以太網(wǎng)接口，將診斷文件傳輸給代理服務器，再由遠程客戶端這個代理服務器進行遠程診斷。

需要進行采集的數(shù)據(jù)如下:

①設備信息:包括數(shù)控系統(tǒng)型號、編號，軟件版本、可編程器件版本、硬件各部件版本;數(shù)控系統(tǒng)所連接的伺服以及電機的型號、編號，軟件版本、硬件版本等;機床型號、編號等信息。

②運行狀態(tài):工件加工時間、加工件數(shù)、開機及關機時間、坐標信息、運動速度、報警信息等。

③配置文件:包括系統(tǒng)參數(shù)、加工程序、梯形圖程序等。

④異常數(shù)據(jù):由系統(tǒng)的自檢功能以及異常處理功能所發(fā)現(xiàn)的異常狀態(tài)發(fā)生時存儲的數(shù)控系統(tǒng)內部數(shù)據(jù)。

現(xiàn)場服務機與數(shù)控系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信基于面向連接的基于IP 的TCP 協(xié)議，自定義數(shù)據(jù)包的格式如下:

FrameType 幀類型 FrameSize 幀長度DataSize 數(shù)據(jù)長度Data 數(shù)據(jù)…EndFlag幀結束符

在數(shù)據(jù)包的格式設計中，充分考慮未來信息內容擴展的需求，幀頭設計一個幀類型數(shù)據(jù)，當服務機與數(shù)控系統(tǒng)的版本不匹配時，將未知類型的數(shù)據(jù)包丟棄，以達到最大的兼容結果。

3 基于Web 的遠程診斷

基于Web 的遠程診斷技術采用HTTP協(xié)議并通過超文本鏈接將各種信息鏈接到HTML 頁面供用戶瀏覽，集成了文本、圖形、圖像、聲音等多種媒體，在各操作系統(tǒng)平臺上具有相同的瀏覽界面及操作方式，采用瘦客戶/肥服務器的形式，客戶端只需要安裝瀏覽器，而系統(tǒng)的維護完全在服務器端進行。

圖2 遠程診斷

Web 服務器監(jiān)聽遠程客戶端的服務請求，返回需要的數(shù)據(jù)?；赥CP/IP 的套接字通信，具體消息處理遵循HTTP 協(xié)議。其工作流程如圖2所示。

Web 頁面采用封層結構進行設計，其組織結構如圖3所示。

圖3 封層結構圖

4 結束語

介紹了一種基于Internet 的數(shù)控系統(tǒng)遠程故障診斷系統(tǒng)的設計方案，主要以數(shù)控系統(tǒng)的設備信息、運行狀態(tài)、配置文件、異常數(shù)據(jù)作為診斷依據(jù)，分析數(shù)控系統(tǒng)自身所存在的故障。在實際應用中，作為數(shù)控機床不可分割的組成部分，除數(shù)控系統(tǒng)外，通常還需要對伺服驅動系統(tǒng)、機床的故障進行診斷，以對數(shù)控機床的故障進行全面診斷。隨著研究的深入和遠程診斷系統(tǒng)的開發(fā)和完善，服務網(wǎng)絡化、數(shù)控設備的遠程操作、監(jiān)控和診斷維護功能的開發(fā)和應用，將有效提高數(shù)控機床故障診斷和維修水平。

【1】宋文學，石毅.數(shù)控機床運行狀態(tài)遠程監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)實現(xiàn)［J］.微電機，2010(5);100－102.

【2】于躍海，邱海波，何建敏.診斷問題的類模型研究［J］.系統(tǒng)工程理論與實踐，2001(7):58－63.

【3】鄧三鵬，戴怡，周述齊，等.基于Internet 的數(shù)控機床遠程故障診斷技術研究［J］.組合機床與自動化加工技術，2005(12):51－55.