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CN102880115B - 一种基于物联网的数控机床远程协作诊断系统 - Google Patents

一种基于物联网的数控机床远程协作诊断系统 Download PDF

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何兆永
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Zhang Huajun
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Abstract

本发明公开一种基于物联网的数控机床远程协作诊断系统，包括：源数据获取装置，设置GSM/GPRS/3G数据中继节点，系统数据中心，远程协作故障诊断专家系统和结果反馈。本发明可远程诊断在异地现场发生的事故故障，可以根据实时运行设备的状态信号、故障信息及可选择的现场声像信号，及时制定出故障设备的维修方案，维修人员在异地可直接利用相关设备对故障设备进行远程的数据调整及修改，直至排除故障。在必要的情况下，也可借助于现场多媒体声像通信，对现场维修工程师进行维修指导或共同完成维修任务，这对于非电器类故障或电传感器无法测量信号的故障排除有非常重要的作用。

Description

一种基于物联网的数控机床远程协作诊断系统
技术领域
本发明涉及一种数控机床远程诊断系统，具体涉及一种基于物联网的数控机床远程协作诊断系统。
背景技术
数控机床故障诊断及维护是数控机床调试和使用过程中很重要的组成部分，是目前制约数控机床发挥正常作用的因素之一。数控机床在运行过程中，内部零部件受到力、热、摩擦、磨损等多种作用，其运行状态不断变化，因此必须在设备运动过程中对设备的运行状态及时作出判断，采取相应的决策，以避免发生故障而导致严重后果。这样做可大大提高设备运行的可靠性，从而提高设备乃至全生产线的生产效率。
然而国内现有的数控机床故障诊断及维护基本上是靠人工进行操作的，每台设备需配备专门的检修人员，而且检测时间较长，效率低，多数故障只能依靠经验进行判断，大大地增加了数控机床的运行成本。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种基于物联网的数控机床远程协作诊断系统。
本发明为解决其问题所采用的技术方案是：
一种基于物联网的数控机床远程协作诊断系统，包括：
源数据获取装置，通过安装在机床各个位置上的传感器获取机床上的振动、声、力、温度和电器元件信号的信息；
设置GSM/GPRS /3G数据中继节点，源数据获取装置将采集到的信息通过射频技术通信方式送到GSM/GPRS /3G数据中继节点进行存储；
系统数据中心，GSM/GPRS /3G数据中继节通过GSM/GPRS /3G短信息或互联网络远程传输数据到系统数据中心；
远程协作故障诊断专家系统，远程协作故障诊断专家系统对数据进行分析并输出故障预测结果，依据预测结果生成维护任务；
结果反馈，远程协作故障诊断专家系统通过GSM/GPRS /3G短信息或互联网络将故障结果和维护任务返回给机床现场检修人员或现场自动维修设备。
在本发明中，所述远程协作故障诊断专家系统包括：
处理机床故障状态信号，把检测得到的数据进行适当的信号处理，对于电器元件信号，通过与对应正常状态下的电器元件状态信号进行对比，找出差异信号，对于各测点振动、声、力、温度信号的分析，首先是计算各测点信号的特征值，然后比较机床在正常运行时对应测点信号特征值，确定是否超出所设定的安全极限值，找出非安全信号；
建立故障诊断数学模型，以模糊诊断技术和神经网络技术建立故障诊断推理数学模型，利用该数学模型对差异信号和非安全信号进行推理，输出故障预测结果；当故障诊断推理数学模型无法诊断时，发出人工诊断信号；
建立基于关系型数据库，记录机床运行数据、自行诊断结果和人工诊断结果，当机床出现故障时，当前有效数据和前一段时间的历史数据作为输入信息进入远程协作故障诊断专家系统，该系统利用这些数据信息查询故障数据库，判断是否再次面临相同故障，并将结果反馈至故障诊断数学模型。
在本发明中，人工利用人机交互系统通过GSM/GPRS /3G短信息或互联网络访问系统数据中心和远程协作故障诊断专家系统，并对其中的数据进行分析和整理。
本发明的有益效果是：本发明可远程诊断在异地现场发生的事故故障，可以根据实时运行设备的状态信号、故障信息及可选择的现场声像信号，及时制定出故障设备的维修方案，维修人员在异地可直接利用相关设备对故障设备进行远程的数据调整及修改，直至排除故障。在必要的情况下，也可借助于现场多媒体声像通信，对现场维修工程师进行维修指导或共同完成维修任务，这对于非电器类故障或电传感器无法测量信号的故障排除有非常重要的作用。
与传统的故障诊断相比较，本发明的优越性体现在远程监控与诊断使企业能够及时获得技术支持，同时研究机构能更准确、更有效地得到企业运行设备的第一手资料数据，以充实理论研究。它沟通了管理部门、运行现场、诊断专家和制造厂之间的信息，便于获取多方面的信息，积累和综合各方面的经验、知识，服务于设计、运行和维修过程中，它充分利用现代信息传输载体物联网，可以短时间内实现故障信息的传递与收集，避免诊断专家疲于奔命的被动局面，大大提高故障诊断的效率。有利于数据与知识的积累和资源的共享，可以实现异地协同诊断，以弥补单个诊断系统领域知识的不足，提高诊断的可靠性和智能水平。
本发明以因特网为桥梁，跨越企业和研究机构在时间和空间上的距离，学术界可利用本发明设立技术讲座，对企业技术人员进行理论辅导和技术培训，同时发表自己的最新研究成果供企业使用；而企业界则可利用本发明为研究机构提供宝贵的现场经验和数据。双方取长补短，广泛合作，共同发展，这样既解决了生产企业技术力量不足和理论提高的问题，又有利于研究机构更准确、有效地得到企业内设备运行的第一手资料，充实理论和技术研究。因此，本发明具有重要的理论和实际意义：1）实现远程诊断后，可利用诊断协作网对企业技术人员进行培训，提高其理论水平；2）企业可申请协作网专家在异地对设备故障进行会诊，提高诊断的准确性和可靠性；3）远程诊断可实现全国范围内的诊断知识与诊断数据共享；4）远程诊断能切实加强科研院所和生产企业的技术合作；5）远程诊断能为设备的安全运行提供可靠的技术保障；6）远程诊断可在大到因特网，小到几台PC机的企业局域网上实现，便于技术的普及和推广。
具体实施方式
本发明所提供的一种基于物联网的数控机床远程协作诊断系统，包括：
源数据获取装置，通过安装在机床各个位置上的传感器获取机床上的振动、声、力、温度和电器元件信号的信息；
设置GSM/GPRS /3G数据中继节点，源数据获取装置将采集到的信息通过射频技术通信方式送到GSM/GPRS /3G数据中继节点进行存储，在此处，我们可以先构建出运行曲线，当运行到达异常位置的时候就做出提前预警维护；
系统数据中心，GSM/GPRS /3G数据中继节通过GSM/GPRS /3G短信息或网络远程传输数据到系统数据中心；
远程协作故障诊断专家系统，远程协作故障诊断专家系统对数据进行分析并输出故障预测结果，依据预测结果生成维护任务；
结果反馈，远程协作故障诊断专家系统通过GSM/GPRS /3G短信息或互联网络将故障结果和维护任务返回给机床现场检修人员或现场自动维修设备。
作为优选的实施方式，所述远程协作故障诊断专家系统包括：
处理机床故障状态信号，把检测得到的数据进行适当的信号处理，对于电器元件信号，通过与对应正常状态下的电器元件状态信号进行对比，找出差异信号，对于各测点振动、声、力、温度信号的分析，首先是计算各测点信号的特征值，比如峰峰值，均值、均方值、振动强度等，然后比较机床在正常运行时对应测点信号特征值，确定是否超出所设定的安全极限值，找出非安全信号；
建立故障诊断数学模型，以模糊诊断技术和神经网络技术建立故障诊断推理数学模型，利用该数学模型对差异信号和非安全信号进行推理，输出故障预测结果；当故障诊断推理数学模型无法诊断时，发出人工诊断信号，然后由人工进行诊断。
建立基于关系型数据库，记录机床运行数据、自行诊断结果和人工诊断结果，当机床出现故障时，当前有效数据和前一段时间的历史数据作为输入信息进入远程协作故障诊断专家系统，该系统利用这些数据信息查询故障数据库，判断是否再次面临相同故障，并将结果反馈至故障诊断数学模型，当再次面临相同故障时，故障诊断数学模型，能自动提供解决方案。也就是说，系统最初的诊断能力十分有限，但随着该系统使用时间增长，数据库内的信息越多，该系统的诊断功能越强。直至诊断系统能够顺利的排除设备发生的几乎所有故障。
进一步，人工可利用人机交互系统（如电脑、手机等）通过GSM/GPRS /3G短信息或互联网络访问系统数据中心和远程协作故障诊断专家系统，并对其中的数据进行分析和整理，亦可参与远程协作故障诊断专家系统的诊断。
当然，本发明除了上述实施方式之外，其它等同技术方案也应当在其保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于物联网的数控机床远程协作诊断系统，其特征在于包括：
源数据获取装置，通过安装在机床各个位置上的传感器获取机床上的振动、声、力、温度和电器元件信号的信息；
设置GSM/GPRS /3G数据中继节点，源数据获取装置将采集到的信息通过射频技术通信方式送到GSM/GPRS /3G数据中继节点进行存储，利用先构建出的运行曲线在运行到达异常位置的时做出提前预警维护；
系统数据中心，GSM/GPRS /3G数据中继节通过GSM/GPRS /3G短信息或互联网络远程传输数据到系统数据中心；
远程协作故障诊断专家系统，远程协作故障诊断专家系统对数据进行分析并输出故障预测结果，依据预测结果生成维护任务；
所述远程协作故障诊断专家系统包括：
处理机床故障状态信号，把检测得到的数据进行适当的信号处理，对于电器元件信号，通过与对应正常状态下的电器元件状态信号进行对比，找出差异信号，对于各测点振动、声、力、温度信号的分析，首先是计算各测点信号的特征值，然后比较机床在正常运行时对应测点信号特征值，确定是否超出所设定的安全极限值，找出非安全信号；
建立故障诊断数学模型，以模糊诊断技术和神经网络技术建立故障诊断推理数学模型，利用该数学模型对差异信号和非安全信号进行推理，输出故障预测结果；当故障诊断推理数学模型无法诊断时，发出人工诊断信号；
建立基于关系型数据库，记录机床运行数据、自行诊断结果和人工诊断结果，当机床出现故障时，当前有效数据和前一段时间的历史数据作为输入信息进入远程协作故障诊断专家系统，该系统利用这些数据信息查询故障数据库，判断是否再次面临相同故障，并将结果反馈至故障诊断数学模型；
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