組合機(jī)床故障遠(yuǎn)程診斷和處理的新方案

北京北方紅旗精密機(jī)械制造有限公司 賈永強(qiáng) 張?zhí)N華

組合機(jī)床故障遠(yuǎn)程診斷和處理的新方案

北京北方紅旗精密機(jī)械制造有限公司 賈永強(qiáng) 張?zhí)N華

本文介紹一種利用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)設(shè)計(jì)的一種組合機(jī)床故障遠(yuǎn)程診斷和處理控制方案。方案利用互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和可編程控制技術(shù)，對(duì)組合機(jī)床實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、程序參數(shù)監(jiān)視、故障點(diǎn)報(bào)警信息輸出，同時(shí)將所有事件自動(dòng)輸入數(shù)據(jù)庫(kù)，形成各種歷史數(shù)據(jù)報(bào)表，以便對(duì)組合機(jī)床進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷和及時(shí)作出處理辦法。

組合機(jī)床；遠(yuǎn)程；IP地址；費(fèi)用

1 問(wèn)題的提出

我公司產(chǎn)品主要是組合機(jī)床及自動(dòng)加工線(xiàn)，組合機(jī)床是一種高效機(jī)械加工設(shè)備。

以壓縮機(jī)缸體加工為例，目前13秒即可加工完一個(gè)工件，日加工量在5000件左右。機(jī)床出現(xiàn)故障停機(jī)，哪怕一天都會(huì)給客戶(hù)造成巨大損失。因此及時(shí)排除機(jī)床故障，減少停機(jī)時(shí)間對(duì)客戶(hù)來(lái)講尤為重要。

但由于我司產(chǎn)品的用戶(hù)基本都在外地如廣東、重慶、福建、江浙、山東、河南等地，加上維修工程師數(shù)量有限，有時(shí)不能及時(shí)到達(dá)客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)處理問(wèn)題，有的在路途上要耽誤2天的時(shí)間。這樣不但延長(zhǎng)了客戶(hù)問(wèn)題的處理時(shí)間增加客戶(hù)的停產(chǎn)損失，我司電氣工程師到遠(yuǎn)處客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)間和費(fèi)用也大量增加，同時(shí)手中其它工作也要暫時(shí)放下，對(duì)公司內(nèi)部的運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生影響。為了解決這些問(wèn)題，我們提出了組合機(jī)床故障的遠(yuǎn)程診斷和處理的技術(shù)方案。

2 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的通訊方案

機(jī)床的控制器通常采用PLC(可編程控制器), 我司組合機(jī)床一般采用三菱FX3U系列的PLC，PLC里面有控制程序、參數(shù)以及各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，就是要對(duì)程序及參數(shù)和數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，判斷機(jī)床的故障點(diǎn)從而對(duì)問(wèn)題進(jìn)行處理。要進(jìn)行這些工作首先就要建立本地計(jì)算機(jī)和客戶(hù)處機(jī)床控制器之間的通訊，這是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的基礎(chǔ)。

兩種遠(yuǎn)程控制采取的通訊方式如下。

（1）通過(guò)調(diào)制解調(diào)器（MODEM）經(jīng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制

通過(guò)MODEM遠(yuǎn)程監(jiān)控的方法：PLC現(xiàn)場(chǎng)增加直撥電話(huà)線(xiàn)路一條，MODEM一部，通過(guò)遠(yuǎn)程電話(huà)網(wǎng)絡(luò)和制造廠調(diào)制解調(diào)器連接至本地計(jì)算機(jī)。缺點(diǎn)是電話(huà)線(xiàn)路會(huì)造成不穩(wěn)定，用戶(hù)需要專(zhuān)用良好的電話(huà)線(xiàn)路，維護(hù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電話(huà)費(fèi)用。

結(jié)合我司組合機(jī)床說(shuō)明，就是在本地計(jì)算機(jī)上使用Windows版的編程軟件（GX-Developer），通過(guò)調(diào)制解調(diào)器（MODEM）和電話(huà)網(wǎng)絡(luò)與客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)制解調(diào)器通訊，與連接在客戶(hù)調(diào)制解調(diào)器上的機(jī)床控制器可編程控制器之間，執(zhí)行程序編輯以及監(jiān)控的功能，連接示意圖如下。

由于技術(shù)方面的原因，這種撥號(hào)形式現(xiàn)在已經(jīng)漸漸落伍，處于淘汰的邊緣。

（2）通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)（internet）來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制

在互聯(lián)網(wǎng)上想要訪問(wèn)到某一個(gè)設(shè)備就需要知道該設(shè)備的IP地址，而該設(shè)備想要被訪問(wèn)也需要有一個(gè)IP地址，即在整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)上，要想訪問(wèn)到某一個(gè)PLC站，就需要該站有一個(gè)在互聯(lián)網(wǎng)上能夠被訪問(wèn)到的IP地址。

互聯(lián)網(wǎng)上的IP地址一般有兩種，即固定（靜態(tài)）IP地址和動(dòng)態(tài)IP地址。

IP地址需要向當(dāng)?shù)氐腎SP申請(qǐng)得到。固定（靜態(tài)）IP地址由于資源有限，因而申請(qǐng)和使用的費(fèi)用較高，因而靠固定（靜態(tài)）IP地址進(jìn)行大量PLC設(shè)備的遠(yuǎn)程訪問(wèn)顯然是不經(jīng)濟(jì)的。（當(dāng)然，這種方式也有其應(yīng)用的環(huán)境，比如實(shí)時(shí)監(jiān)控）。

相比之下使用動(dòng)態(tài)IP地址的互聯(lián)網(wǎng)接入方式就顯得較為實(shí)際?；ヂ?lián)網(wǎng)連接從硬件上來(lái)分又可分成有線(xiàn)方式和無(wú)線(xiàn)方式兩種，連接示意圖如下。

3 具體遠(yuǎn)程控制方案

采用互聯(lián)網(wǎng)連接方式，在客戶(hù)端采用無(wú)線(xiàn)連接互聯(lián)網(wǎng)的方式。

由于客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜性，有的會(huì)有有線(xiàn)的網(wǎng)線(xiàn)接口，而大多數(shù)情況下是沒(méi)有的。因此我們確定了一種在客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)連接網(wǎng)絡(luò)的硬件方案，這樣不論客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)情況如何都可以使用。具體方案介紹如下。

遠(yuǎn)程連接有兩種方式，一是通過(guò)IP地址：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的路由器獲取設(shè)備的IP地址實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程連接。二是通過(guò)域名：利用路由器的動(dòng)態(tài)域名分析（DDNS）功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程連接。

這里我們通過(guò)第二種連接方式也就是DDNS動(dòng)態(tài)域名分析功能方式進(jìn)行遠(yuǎn)程連接。

互聯(lián)網(wǎng)上，任何一個(gè)域名都是唯一的，路由器將域名與目標(biāo)設(shè)備的IP地址綁定，在軟件GX-Developer上，只需要添加域名，就可以找到遠(yuǎn)程的設(shè)備，連接示意圖如下。

下面是采用DDNS動(dòng)態(tài)域名分析功能方式進(jìn)行遠(yuǎn)程連接的具體細(xì)節(jié)。

3.1 基本概念

DDNS：就是動(dòng)態(tài)域名解析。

Oray：是專(zhuān)門(mén)提供域名注冊(cè)和域名解析軟件的網(wǎng)站，域名解析功能被內(nèi)置在很多路由器內(nèi)，可以免費(fèi)使用。

因?yàn)橛蛎奈ㄒ恍?，通過(guò)DDNS可以將連接到路由器上的任何設(shè)備的IP地址與域名綁定，有了DDNS，即使不知道遠(yuǎn)程設(shè)備的IP地址，通訊軟件GX-Developer也可以通過(guò)域名直接訪問(wèn)遠(yuǎn)程的PLC。

3.2 遠(yuǎn)程控制圖解說(shuō)明

PLC（可編程序控制器）或HMI（人機(jī)界面）通過(guò)3G上網(wǎng)。

無(wú)需VPN(虛擬網(wǎng)絡(luò))服務(wù)器，路由器內(nèi)置DDNS，可以通過(guò)域名解析建立連接。

也可以通過(guò)路由器直接獲得IP地址。

路由器將互聯(lián)網(wǎng)與我司組合機(jī)床的控制器FX3U系列PLC的連接HMI的端口建立TCP/IP連接。

GX-Developer通過(guò)域名或IP地址建立遠(yuǎn)程連接。

3.3 硬件配置和連接

現(xiàn)場(chǎng)PLC或HMI連接到3G路由器的LAN端口。

3G路由器通過(guò)USB連接3G上網(wǎng)卡，測(cè)試網(wǎng)絡(luò)連接成功。

本地計(jì)算機(jī)連接到互聯(lián)網(wǎng)，可以通過(guò)ADSL或3G上網(wǎng)。

3.4 路由器配置

配置路由器網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，選擇3G網(wǎng)絡(luò)并選擇自動(dòng)連接。

配置無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)SSID和安全密碼。

配置路由器的虛擬服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)端口，HMI端口號(hào)為6000，IP地址是HMI的IP地址。

配置DDNS，輸入分析軟件的賬號(hào)和密碼，并進(jìn)行測(cè)試連接。

3.5 通訊軟件配置

●在軟件GX-Developer（PLC開(kāi)發(fā)軟件）上建立遠(yuǎn)程連接。

●PLC或HMI的配置：

配置好以太網(wǎng)端口的IP地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)

IP直至設(shè)定必須與路由器的LAN地址在同一網(wǎng)段

PLC或HMI的網(wǎng)關(guān)地址即為路由器的LAN地址

在軟件GT-designer(人機(jī)界面開(kāi)發(fā)軟件)中打開(kāi)遠(yuǎn)程訪問(wèn)，啟用數(shù)據(jù)共享

3.6 遠(yuǎn)程診斷和處理

通訊建立之后，利用三菱PLC編輯和監(jiān)控軟件GXDeveloper及人機(jī)界面軟件GT-designer，可以對(duì)客戶(hù)方機(jī)床控制器PLC及HMI的控制程序、參數(shù)及其它運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控、編輯等，從而快速查出機(jī)床故障并予以處理。

3.7 方案成本估算

成本投入—最低1100元

3G路由器：300元

3G上網(wǎng)卡：200元全國(guó)通用

流量費(fèi)：600元/年（不同地區(qū)的費(fèi)用有差別）。

4 創(chuàng)新點(diǎn)

運(yùn)用當(dāng)前廣泛使用的互聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)。

通過(guò)DDNS功能的路由器和PLC或HMI相連接獲取動(dòng)態(tài)域名和IP地址。

使用專(zhuān)用PLC和HMI編輯軟件實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)機(jī)床故障進(jìn)行診斷和處理。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）節(jié)約成本-可以減少電氣工程師到現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)的時(shí)間和費(fèi)用。

（2）提高效率-及時(shí)解決客戶(hù)機(jī)床存在的問(wèn)題，提高公司的服務(wù)效率和質(zhì)量，減少客戶(hù)的損失。

（3）這項(xiàng)技術(shù)實(shí)施的費(fèi)用-最低投入大約1100.00元。我司工程師只需采用工作用的計(jì)算機(jī)即可，不用另外投入費(fèi)用。

（4）舉例分析：

2012年我司電氣工程師售后服務(wù)出差共238天20次，每天出差費(fèi)用215.00元、公司到客戶(hù)處的飛機(jī)和車(chē)費(fèi)平均每次3000.00元，差旅費(fèi)總計(jì)：238（出差天數(shù)）x215（每天差費(fèi)）+3000（出差機(jī)車(chē)費(fèi)）x20（出差次數(shù)）=111170.00元.。

出差人員平均月工資5000.00元，出差期間人員工資總計(jì)：5000(人員月工資)x238（出差天數(shù)）/25（每月工作日）=47600.00元。

出差總費(fèi)用111170.00+47600.00=158770.00元。

如果實(shí)施遠(yuǎn)程診斷及處理技術(shù)，這其中75%的出差都是可以通過(guò)遠(yuǎn)程解決的，再扣除5%工程師遠(yuǎn)程服務(wù)的費(fèi)用，直接節(jié)約成本70%，158770.00x70%=111139.00元。

另外客戶(hù)停產(chǎn)時(shí)間縮短，客戶(hù)每天按產(chǎn)能5000件，每件的加工利潤(rùn)1元計(jì)算，每天即可節(jié)約5000.00元，客戶(hù)全年可減少損失238x70%x5000=833000.00元。

該方案實(shí)施同時(shí)也會(huì)提高我司的售后服務(wù)效率和客戶(hù)美譽(yù)度以及公司的形象和產(chǎn)品檔次，由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是不可估量的。

6 應(yīng)用前景

該方案已經(jīng)通過(guò)論證切實(shí)可行,完全能夠達(dá)到工程師在公司內(nèi)部對(duì)遠(yuǎn)方客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)床的控制器進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)機(jī)床進(jìn)行故障診斷和處理的目的。將在我司制造的組合機(jī)床機(jī)及生產(chǎn)線(xiàn)上采用。

[1]謝希仁．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M]．電子工業(yè)出版社,2012．

[2]日本三菱電機(jī)株式會(huì)社．FX3U系列編程手冊(cè)．

[3]日本三菱電機(jī)株式會(huì)社．Gx Developer 版本8操作手冊(cè)．

[4]日本三菱電機(jī)株式會(huì)社．人機(jī)界面(HMI)-GT系列使用手冊(cè)．

表1 定位誤差結(jié)果表

4 結(jié)論

在對(duì)微震源進(jìn)行定位之前進(jìn)行臺(tái)網(wǎng)最優(yōu)布設(shè)，根據(jù)D值理論建立的目標(biāo)函數(shù)利用模擬退火算法得到了最優(yōu)的臺(tái)網(wǎng)布設(shè)方案。通過(guò)對(duì)定位誤差的分析總結(jié)出，在微震源定位之前進(jìn)行臺(tái)網(wǎng)布設(shè)的優(yōu)化，能夠有效提高定位能力，從而更有效的對(duì)壓裂裂縫進(jìn)行描述，提高油田整體開(kāi)發(fā)效果。

參考文獻(xiàn)

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