一種數控工具機遠程監控與故障診斷系統的製作方法
2023-05-31 17:38:41 1
專利名稱：一種數控工具機遠程監控與故障診斷系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及遠程監控與故障診斷技術領域，具體是一種數控工具機的遠程監控與智能化故障診斷系統。
背景技術：
數控工具機是一種集機、電、液於一體的現代機電加工設備。由於數控技術本身的複雜性，加上數控控工具機機械加工工藝的多樣性和加工零件的複雜性，使數控系統的規格、種類差異極大，控制參數複雜，因此，一旦數控工具機發生故障，對其進行故障診斷和維修將是一項專業性很強的工作，很多時候需要依靠生產廠家的支持才能解決，這就導致故障工具機經常得不到及時的維修，延長了工具機的故障停機時間，降低了工具機的效率。現有的數控工具機遠程監控和故障診斷系統多採用internet或intranet接入的方式，這種兩種方式都需要鋪設專用電纜或光纖，由於工具機銷售遍布全國各地，鋪設專用線路投資成本較高，所以急需一種利用現有廉價的公用無線網絡進行數控工具機的遠程監控和故障診斷。
發明內容
本發明的目的在於提供一種數控工具機遠程監控與故障診斷系統，解決目前的數控工具機遠程監控和故障診斷系統成本高，需要專用網絡，診斷精度和實時性不夠以及故障解決方案欠缺等問題。本發明所述的數控工具機遠程監控與故障診斷系統由信息採集模塊、信息傳輸模塊、遠程服務管理與專家系統模塊三個模塊組成。信息採集模塊採集工具機狀態信息，並通過信息傳輸模塊和網際網路將數據傳輸到遠程服務管理與專家系統模塊，遠程服務管理與專家系統模塊對傳輸過來的信息進行推理，得出推理結果和維修措施後返回給故障工具機。所述的信息採集模塊由DSP主控器、輸入輸出子模塊和傳感器組成。DSP主控器是數控工具機狀態監控和信息處理的核心，其主要具備的功能是對傳感器輸入的信號進行實時採集和數據處理，對工具機電氣開關量信號進行監控和處理，獲取電機的工作狀態和參數以及故障代碼，與現場診斷和監控設備進行數據交換，接收參數調整指令，對機器參數和機器狀態、機器故障進行記錄，與輸入輸出子模塊進行數據交換和控制，將獲得的工具機數據發送給遠程信息傳輸模塊，響應伺服器的數據請求和控制命令。DSP主控器的日曆時鐘為工具機提供了工作小時和事件記錄的基準。所述的輸入輸出子模塊主要功能通過液晶顯示器顯示機器的主要工作參數，如 冷卻液溫度；變矩器油溫；轉速及變速箱檔位等重要參數。顯示機器故障代碼，對故障分級別進行報警。提示操作者進行遠程故障診斷時的操作步驟。定期與DSP主控器進行數據交換，定期保養提醒等。可提供7種顯示參數顯示遠程的診斷結果和維修建議。所述的傳感器模塊的主要作用是通過選取各種傳感器，如運用溫度、壓力及液位傳感器，對工具機液壓系統進行實時檢測，運用電壓、電流傳感器檢測工具機電路數據，同時採用力學傳感器檢測工具機主軸及導軌加速度及震動頻率，運用多信息融合技術，提取工具機整體及零部件的有效狀態數據，從而為系統的故障診斷提供可靠的數據。所述的信息傳輸模塊分為單機部分和伺服器部分。其中單機部分主要由數據轉換子模塊、GPRS處理子模塊和主控模塊構成。數據轉換模塊將從DSP主控器接收到的數據轉換成GPRS IP Modem可以識別的格式，並封裝成伺服器端易於處理的結構。GPRS處理模塊維護與伺服器部分的連接，保證數據發送到伺服器部分，並接收維修反饋信息。主控模塊用於控制相應模塊按序啟動，並定期檢測各種狀態保證各模塊的正常工作順序。所述的伺服器部分主要由界面處理子模塊、網絡接收子模塊、資料庫處理子模塊、 線程處理子模塊構成。所述界面處理子模塊提供對已連接數控工具機及接收到數據的實時顯示，並提供針對指定數控工具機的服務請求操作功能。所述線程處理子模塊，用於建立數控工具機和伺服器部分的遠程連接，維護各個線程的狀態並實現其與界面處理子模塊的交互。所述網絡接收模塊保持線程處理子模塊傳遞過來數據的連接，並使用該連接與數控工具機中的單機部分進行數據收發。所述資料庫處理模塊為了適應將來的變化，將資料庫操作及每臺數控工具機的維修數據進行封裝存儲，同時可以操作任意資料庫中的數據。所述的信息傳輸模塊工作原理為主控模塊通過與DSP主控器進行信息交互，請求或被動接收數控工具機的狀態數據，將數據轉換成GPRS IP Modem可以傳輸的格式，並由 GPRS IP Modem傳送到hternet，信息中心為連接在hternet上的伺服器，遠程信息傳輸模塊的伺服器部分就安裝在信息中心的伺服器上，首先通過線程處理子模塊實現隊列工具機連接，網絡接收子模塊用於實現工具機信息的接收，界面處理子模塊實時顯示已連接工具機數據傳輸狀態，資料庫處理子模塊將接收的數據進行封裝存儲，從而為遠程故障專家系統提供檢測數據。GPRS IP Modem與信息中心之間是C/S結構，可以有多個Modem同時連接到信息中心進行數據傳輸。所述的遠程故障專家系統是本發明的主要內容。主要由數據提取子模塊、數據分析子模塊、推理機子模塊、故障對策子模塊、知識管理子模塊、知識庫、推理過程解釋子模塊和黑板構成。所述數據提取子模塊主要負責從遠程服務管理系統提取已確定服務工具機的工具機信息，以及提取存儲在信息服務中心上的工具機檢測數據；所述解釋子模塊主要負責處理用戶提出的各種問題，向用戶解釋診斷推理依據，增加系統的透明度。所述數據分析子模塊對檢測所得的故障數據進行分析處理，提出故障數據特徵點。所述標準資料庫存放設備正常工作時的各種標準數據，將標準數據與檢測所得的故障工具機數據進行對比以判斷工具機的故障部位，是判斷故障信息的重要依據；所述故障對策子模塊針對診斷結果，根據推理機子模塊407的推理診斷結果，運用知識庫中所存儲的故障處理知識，提供相應的故障處理措施；所述知識管理子模塊提供輸入、刪除、修改、查詢等管理功能，使用戶不必了解知識庫的內部結構即可方便地修改和擴充知識庫，提高了系統的可擴展性。所述推理機根據當前獲取的檢測數據，利用知識庫中的診斷知識，模擬人類專家解決問題的方式對設備存在的故障進行推理診斷，並給出診斷結果。它不僅設備當前存在的故障，還能根據歷史數據對設備過去某一時刻的運行狀態進行診斷；所述知識庫也是系統核心內容之一，用於存儲領域專家的專門知識，包括故障診斷方法、故障處理方法與規則等，結合知識管理子模塊使得該知識庫具有自動知識積累和知識獲取功能。所述黑板主要用於存放系統運行過程中產生的中間數據。
本發明的系統對從數控工具機傳遞上來的檢測信號進行時域、頻域處理，提取信號基本特徵，再根據信號基本特徵採用人工智慧方法進行推理與無故障知識庫知識匹配，確認是否發現故障。如發現故障將採用人工智慧方法進行推理進一步診斷故障。智能化數控工具機實時採集反映工具機狀態的各種信息，並能按照標準格式將這些信息以有線或無線方式與專家系統進行數據交換。本發明的數控工具機的遠程監控與故障診斷系統通過現行覆蓋面廣的GPRS行動網路與internet實現連接，使數控工具機的遠程監控與故障診斷技術更加易於實現，同時本發明採用具有自學習功能的人工智慧技術對數控工具機的故障進行診斷和推理，實現數控工具機的遠程故障監控與智能化診斷。本發明的優點和效果是1.本發明的遠程監控與故障診斷系統，可以實現任何GPRS信號覆蓋地域的數控工具機設備的故障診斷和監控，實現工具機故障診斷系統的無線和有線網絡的無縫連接，對裝有該故障診斷系統的工具機進行全方位全天候的診斷服務。2.本發明的遠程監控與故障診斷系統，採用專家系統對系統採集的數控工具機檢測數據進行診斷，建立完備的診斷知識庫，可以實現故障工具機的快速準確診斷，該系統還具有自學習功能。3.本發明的遠程監控與故障診斷系統採用模塊化設計，功能簡單。
圖1為本發明信息流程圖；圖2為本發明信息採集模塊結構圖；圖3為本發明信息傳輸模塊總體結構圖；圖4為本發明遠程故障診斷專家系統模塊結構與關係框圖；圖5故障診斷專家系統診斷流程。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。本發明所述數控工具機遠程監控與故障診斷系統由信息採集模塊、信息傳輸模塊、 遠程服務管理與專家系統模塊三個模塊組成。信息採集模塊採集工具機狀態信息，並通過信息傳輸模塊和網際網路將數據傳輸到遠程服務管理與專家系統模塊，遠程服務管理與專家系統模塊對傳輸過來的信息進行推理，得出推理結果後返回給故障工具機。所述機載信息採集模塊由DSP主控器201、輸入輸出子模塊202和傳感器203組成。DSP主控器201是數控工具機狀態監控的和信息處理的核心，其主要具備的功能是對傳感器203輸入的信號進行實時採集和數據處理，對工具機電氣開關量信號進行監控和處理， 獲取電機的工作狀態和參數以及故障代碼，與現場診斷和監控設備進行數據交換，接收參數調整指令，對機器參數和機器狀態、機器故障進行記錄，與輸入輸出子模塊202進行數據交換和控制，並將獲得的工具機數據發送給遠程信息傳輸模塊，同時響應信息中心伺服器的數據請求和控制命令。DSP主控器201的日曆時鐘為工具機提供了工作小時和事件記錄的基準。所述輸入輸出子模塊202主要功能是通過液晶顯示器顯示機器的主要工作參數，如冷卻液溫度；變矩器油溫；轉速及變速箱檔位等重要參數。顯示機器故障代碼，對故障分級別進行報警。提示操作者進行遠程故障診斷時的操作步驟。定期與DSP主控器201 進行數據交換，定期保養提醒等。可提供7種顯示參數顯示遠程的診斷結果和維修建議。所述傳感器模塊203的主要作用是通過選取各種傳感器，如運用溫度、壓力及液位傳感器，對工具機液壓系統進行實時檢測，運用電壓、電流傳感器檢測工具機電路數據，同時採用力學傳感器檢測工具機主軸及導軌加速度及震動頻率，在獲取信息基礎上運用多信息融合技術，準確呈現工具機整體及零部件的有效狀態數據，從而為系統的故障診斷提供可靠的數據。所述信息傳輸模塊分為單機部分和伺服器部分。單機部分主要由主控模塊301、數據轉換模塊302和GPRS處理模塊303構成。所述主控模塊301按序啟動相應模塊，定期檢測各種狀態，保證各模塊的正常工作順序。所述數據轉換模塊302將總線上接收到的數據轉換成GPRS Modem可以識別的格式，並封裝成伺服器端易於處理的結構。所述GPRS處理模塊303維護與服務中心的連接，保證數據發送到服務中心並接收維修反饋信息。所述伺服器部分主要由界面處理子模塊305、網絡接收子模塊306、資料庫處理子模塊307、線程處理子模塊304構成。所述界面處理子模塊305提供對已連接數控工具機及接收到數據的實時顯示，並提供針對指定數控工具機的請求功能。所述線程處理子模塊304，用於建立數控工具機和伺服器部分的遠程連接，維護各個線程的狀態並實現其與界面處理子模塊的交互。所述網絡接收子模塊306保持線程處理子模塊傳遞過來數據連接，並使用該連接與數控工具機中的單機部分進行數據收發。所述資料庫處理子模塊307為了適應將來的變化，將資料庫操作及每臺數控工具機的維修數據進行封裝存儲，同時可以操作任意資料庫中的數據。所述信息傳輸模塊工作原理和工作過程是主控模塊301通過總線接口與傳感器控制節點交互，請求或被動接收傳感器203採集的機器狀態數據，將數據轉換成GPRS IP Modem可以傳輸的格式，由GPRS IP Modem(與控制模塊之間通過RS232相連)傳送到 Ihternet，信息中心為連接在hternet上的伺服器，從而實現對數控工具機的遠程狀態檢測。GPRS IP Modem與信息中心之間是C/S結構，可以有多個Modem同時連接到信息中心進行數據傳輸。所述遠程服務管理與專家系統是由遠程服務管理系統、遠程診斷專家系統組成。 所述遠程服務管理系統的主要作用有讀取已售相關數控工具機信息(如機型，售後時間，銷售地域等)；接收數控工具機主動提出的遠程服務申請，並根據情況決定是否為其進行遠程服務，確定服務順序並向遠程診斷專家系統提出狀態檢測與故障診斷請求；提取遠程故障專家系統的診斷結果及維修建議，並發送給信息服務中心；存儲數控工具機的工況及故障信息。讀取內部信息系統中整機檔案(各種不同的配置)，讀取出廠檢驗時的信息(如果對以後的診斷有用)，或者出廠前先用本系統讀取一次信息備查。所述遠程故障專家系統是本發明的主要內容。主要由數據提取子模塊401、解釋子模塊402、數據分析子模塊403、標準資料庫子模塊404、故障對策子模塊405、知識管理子模塊406、推理機407、知識庫408以及黑板409構成。所述數據提取子模塊401主要負責從遠程服務管理系統提取已確定服務工具機的工具機信息，以及提取存儲在信息伺服器部分上的工具機檢測數據；
所述解釋模塊402主要負責處理用戶提出的各種問題，向用戶解釋診斷推理依據，增加系統的透明度。所述數據分析模塊403對檢測所得的故障數據進行分析處理，提出故障數據特徵
點ο所述標準資料庫子模塊404存放設備正常工作時的各種標準數據，將標準數據與檢測所得的故障工具機數據進行對比以判斷工具機的故障部位，是判斷故障信息的重要依據；所述故障對策子模塊405針對診斷結果，根據推理機子模塊407的推理診斷結果， 運用知識庫中所存儲的故障處理知識，提供相應的故障處理措施；所述知識管理子模塊406提供輸入、刪除、修改、查詢等管理功能，使用戶不必了解知識庫的內部結構即可方便地修改和擴充知識庫，提高了系統的可擴展性。所述推理機子模塊407是診斷系統核心內容之一。根據當前獲取的檢測數據，利用知識庫中的診斷知識，模擬人類專家解決問題的方式對設備存在的故障進行推理診斷， 並給出診斷結果。它不僅設備當前存在的故障，還能根據歷史數據對設備過去某一時刻的運行狀態進行診斷；所述知識庫408也是系統核心內容之一，用於存儲領域專家的專門知識，包括故障診斷方法、故障處理方法與規則等，該知識庫具有自動知識積累和知識獲取功能。所述黑板409主要用於存放系統運行過程中產生的中間數據。
權利要求
1.一種數控工具機遠程監控與故障診斷系統，包括信息採集模塊、信息傳輸模塊和遠程服務管理與專家系統模塊，其中，所述信息採集模塊用於採集數控工具機的狀態信息數據，並通過所述信息傳輸模塊，利用網絡將數據將遠程傳輸到所述遠程服務管理與專家系統模塊，該遠程服務管理與專家系統模塊對傳輸過來的數據進行處理，獲得處理結果並返回給故障工具機，實現對數控工具機的遠程監控與故障診斷。
2.根據權利要求1所述的一種數控工具機遠程監控與故障診斷系統，其特徵在於，所述的信息採集模塊包括DSP主控器(201)和傳感器003)，其中，數控工具機的狀態信息通過布置在工具機上的所述傳感器(20 獲取，並傳送到所述DSP主控器001)，該DSP主控器(201) 對傳感器(201)輸入的數據進行實時採集和處理，再輸出到所述信息傳輸模塊。
3.根據權利要求1或2所述的一種數控工具機遠程監控與故障診斷系統，其特徵在於，所述工具機狀態信息數據包括工具機電氣開關量信號，工具機電機的工作狀態和參數，工具機液壓系統壓力、溫度及液位，以及工具機主軸震動頻率。
4.根據權利要求1-3之一所述的一種數控工具機遠程監控與故障診斷系統，其特徵在於，所述信息傳輸模塊包括單機部分和伺服器部分，單機部分接收所述信息採集模塊輸入的狀態信息數據，經數據轉換處理後通過網絡傳輸到伺服器部分，該伺服器部分接收數據並進行數據處理和存儲，用於提供給所述遠程服務管理與專家系統模塊。
5.根據權利要求4所述的一種數控工具機遠程監控與故障診斷系統，其特徵在於，所述單機部分包括數據轉換子模塊、GPRS處理子模塊和主控模塊，其中，所述數據轉換模塊將所述信息傳輸模塊接收到的數據轉換成相應格式並封裝，並通過所述GPRS處理子模塊發送到伺服器部分，所述主控模塊用於所述控制數據轉換子模塊和GPRS處理子模塊。
6.根據權利要求4或5所述的一種數控工具機遠程監控與故障診斷系統，其特徵在於， 所述伺服器部分包括界面處理子模塊(305)、網絡接收子模塊(306)、資料庫處理子模塊 (307)和線程處理子模塊(304)，其中，所述界面處理子模塊(30 用於對單機部分發送的數據進行實時顯示；所述線程處理子模塊(304)用於通過單機部分建立數控工具機與伺服器部分的遠程連接，並實現與所述界面處理子模塊(305)的交互；所述網絡接收子模塊(306)用於維持所述線程處理子模塊 (304)的遠程連接，並利用該連接與數控工具機和單機部分進行數據傳輸；所述資料庫處理子模塊(307)用於存儲單機部分發送的數控工具機的數據，以用於所述遠程服務管理與專家模塊。
7.根據權利要求1-6之一所述的一種數控工具機遠程監控與故障診斷系統，其特徵在於，所述遠程服務管理與專家模塊包括遠程服務管理子模塊和遠程診斷專家子模塊，該遠程服務管理子模塊根據用戶請求向遠程診斷專家子模塊提出狀態檢測與故障診斷請求，該遠程診斷專家子模塊根據伺服器部分上的數控工具機數據實現對工具機的檢測和診斷，並通過所述遠程服務管理子模塊將診斷結果發送到伺服器部分。
8.根據權利要求7所述的一種數控工具機遠程監控與故障診斷系統，其特徵在於，所述遠程診斷專家系統包括數據提取子模塊G01)，用於提取存儲在伺服器部分中的數控工具機數據；數據分析子模塊G03)，用於對所述數控工具機數據進行分析處理，提取出故障數據特徵向量存入徵兆事實庫；標準資料庫子模塊G04)，用於存儲正常工作時的各種標準數據，以與徵兆事實庫中的故障數據進行比較，以確定數控工具機的故障；推理機子模塊007)，根據當前獲取的檢測數據，利用與標準資料庫子模塊(404)的比較，實現對設備的診斷，並給出診斷結果。
9.根據權利要求8所述的一種數控工具機遠程監控與故障診斷系統，其特徵在於，所述遠程診斷專家系統還包括故障對策子模塊(405)和知識庫008)，所述知識庫(408)用於存儲各種故障診斷方法、故障處理方法與規則，所述故障對策子模塊(405)根據所述診斷結果，利用所述所述知識庫(408)提出相應的故障處理措施。
全文摘要
本發明公開了一種數控工具機遠程監控與故障診斷系統，包括信息採集模塊、信息傳輸模塊和遠程服務管理與專家系統模塊，其中，所述信息採集模塊用於採集數控工具機的狀態信息數據，並通過所述信息傳輸模塊，利用網絡將數據將遠程傳輸到所述遠程服務管理與專家系統模塊，該遠程服務管理與專家系統模塊對傳輸過來的數據進行處理，獲得處理結果並返回給故障工具機，實現對數控工具機的遠程監控與故障診斷。本發明的遠程監控與故障診斷系統，可以實現任何GPRS信號覆蓋地域的數控工具機設備的故障診斷和監控，實現工具機故障診斷系統的無線和有線網絡的無縫連接，對裝有該故障診斷系統的工具機進行全方位全天候的診斷服務。
文檔編號G05B19/406GK102566503SQ201210014168
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月17日 優先權日2012年1月17日
發明者樂勝年, 吳勝, 喻道遠, 崔海斌, 李培根, 李金友, 沈大為, 邵新宇, 鄭金來, 龔文明 申請人:江蘇高精機電裝備有限公司