劉桂波,李　偉,齊建家,何文廣,孫玉芳

(黑龍江工程學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150050)

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數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)研究

劉桂波,李偉,齊建家,何文廣,孫玉芳

(黑龍江工程學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150050)

摘要：針對國內(nèi)數(shù)控機(jī)床由于需要異地廠家的現(xiàn)場技術(shù)支持所導(dǎo)致的開機(jī)不足、故障停機(jī)時間長的現(xiàn)狀，提出基于藍(lán)牙無線傳輸技術(shù)和Internet 的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場監(jiān)控中心計算機(jī)經(jīng)由藍(lán)牙適配器和藍(lán)牙手機(jī)或無線上網(wǎng)卡與Internet網(wǎng)絡(luò)連接，發(fā)送給遠(yuǎn)程故障診斷中心，從而實(shí)現(xiàn)專家遠(yuǎn)程故障診斷。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;遠(yuǎn)程故障診斷;藍(lán)牙;Internet;LabVIEW

數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)故障時需要廠家到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行技術(shù)支持，因而普遍存在停機(jī)維修時間長，導(dǎo)致開機(jī)不足的問題。如果建立數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)就能夠借助網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)專家的虛擬到場，準(zhǔn)確又快速地診斷故障原因，提高機(jī)床的使用率，降低由故障帶來的經(jīng)濟(jì)損失。因此，建立數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)勢在必行。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)由用戶端的現(xiàn)場監(jiān)控中心(遠(yuǎn)程監(jiān)測現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集處理和單機(jī)處理系統(tǒng))、Internet網(wǎng)和遠(yuǎn)程故障診斷服務(wù)中心三個部分組成。整個車間上層設(shè)置包括專家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫的遠(yuǎn)程故障診斷中心及連接上層系統(tǒng)的移動通信模塊。技術(shù)人員將采集的數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場監(jiān)控中心計算機(jī)經(jīng)由藍(lán)牙適配器和藍(lán)牙手機(jī)或無線上網(wǎng)卡與Internet網(wǎng)絡(luò)連接，發(fā)送給遠(yuǎn)程故障診斷中心，并提請故障診斷及遠(yuǎn)程信息咨詢等服務(wù)。其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2無線網(wǎng)絡(luò)連接與通信

任何藍(lán)牙設(shè)備之間通信的建立都需要包括查詢、建立連接、鑒權(quán)、通信幾個過程。通信過程如下：

1)數(shù)據(jù)終端必須發(fā)現(xiàn)一個在無線范圍內(nèi)的LAP(局域網(wǎng)訪問點(diǎn))，當(dāng)移動數(shù)據(jù)終端的一個應(yīng)用要求接入局域網(wǎng)時，它先啟動服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議，向可以回應(yīng)的LAP發(fā)出查詢請求。LAP此時作為SDP server(SDP是藍(lán)牙服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議)具有服務(wù)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫，里面記錄著接入點(diǎn)可以提供的服務(wù)及其屬性，SDP機(jī)制提取建立RFCOMM連接需要的所有服務(wù)信息。數(shù)據(jù)終端查詢到可用的服務(wù)信息后，開始建立連接，如果發(fā)現(xiàn)沒有需要的服務(wù)，則放棄本次連接請求。

圖1　現(xiàn)場監(jiān)控中心體系結(jié)構(gòu)

2)建立連接。首先需要建立物理鏈路，如果不存在基帶物理鏈路，則DT在選擇LAP時請求一條基帶物理鏈路。在物理鏈路建立后的某點(diǎn)，設(shè)備執(zhí)行相互簽權(quán)。在鏈路上要求每個設(shè)備加密。

3)由底層向上，逐層建立PPP/RFCOMM/L2CAP連接(點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議/電纜替代協(xié)議/邏輯鏈路控制和適配協(xié)議)。

4)LAP可以使用—些合適的PPP鑒權(quán)機(jī)制。例如，LAP可以激發(fā)DT(數(shù)據(jù)終端)用戶對用戶自己進(jìn)行鑒權(quán)。DT必須提供用戶名和密碼。如果使用了這些機(jī)制并且DT自己鑒權(quán)失敗，PPP鏈路關(guān)閉，此項是可選的。

5)連接建立之后，數(shù)據(jù)終端的應(yīng)用在PPP連接之上傳送數(shù)據(jù)IP數(shù)據(jù)流。

6)任何時候，DT或LAP都可以終止已建立的連接。拆除各層連接的操作順序與建立時正好相反。

無線通信部分主要由無線傳輸模塊、射頻天線等組成。用藍(lán)牙模塊來完成數(shù)據(jù)和指令的空間傳輸。藍(lán)牙模塊將藍(lán)牙射頻單元、藍(lán)牙基帶控制器、鏈路管理器和HCI(主機(jī)控制接口)集成到1塊芯片上，通過RS-232、USB等總線接口實(shí)現(xiàn)HCI指令交換。

藍(lán)牙模塊為了滿足不同的通信標(biāo)準(zhǔn)，其內(nèi)部設(shè)有不同的輸出接口。無論將其轉(zhuǎn)換成USB接口，還是232的串口，其與電腦通信的時候都是模擬串口的工作方式進(jìn)行無線通信。電腦通過讀取藍(lán)牙模塊的串口信息，接收單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，之后將數(shù)據(jù)按字節(jié)分開，進(jìn)行數(shù)制變換，最終通過顯示控件顯示到前面板上，同時，在每種類型的數(shù)據(jù)中(溫度、轉(zhuǎn)速、油壓)設(shè)定上下限，超差后，亮燈提示。

3用戶管理

用戶登錄框圖如圖2所示。用戶在進(jìn)入軟件之后，需輸入賬號和密碼，賬號密碼都正確之后，用戶方能進(jìn)入系統(tǒng)。賬號和密碼的比對方式是通過字符串比較，字符串轉(zhuǎn)變成十六進(jìn)制數(shù)之后，比較兩個數(shù)的大小，若大小一樣，則認(rèn)為密碼和賬號都正確，提示面板上顯示登錄成功，若大小不相等，則提示重新輸入。賬號和密碼的比對結(jié)果通過一個與運(yùn)算實(shí)現(xiàn)其邏輯功能，即只有二者都正確，才能進(jìn)入系統(tǒng)。

圖2　用戶登錄

為了簡便地顯示保存的數(shù)據(jù)，本設(shè)計中選擇表格形式的文檔進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，其文檔格式在Excel中可以被打開。隨著電子產(chǎn)品和通信技術(shù)的發(fā)展，3G、4G的普及指日可待，在有線網(wǎng)路出現(xiàn)故障的時候，通過手機(jī)向終端的服務(wù)器發(fā)送檢測到的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)保存可以作為遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的備用方案。

本例由一個隨機(jī)發(fā)生數(shù)產(chǎn)生一系列隨機(jī)數(shù)，這些隨機(jī)數(shù)被寫入表格中，當(dāng)網(wǎng)路出現(xiàn)問題的時候，在前面板的表格上單擊右鍵，在彈出的對話框中選擇數(shù)據(jù)→復(fù)制數(shù)據(jù)(或剪切數(shù)據(jù))→將復(fù)制(或剪切)的數(shù)據(jù)粘貼到Excel表格中或是文本文檔中。如果網(wǎng)路沒有出現(xiàn)問題，系統(tǒng)會在第二次登錄時自動清除上一次的數(shù)據(jù)，或者有人為手動的清除。這種設(shè)計是在網(wǎng)路出現(xiàn)故障的情況時迫不得已的解決方案。具體如圖3所示。

4故障診斷專家系統(tǒng)

在系統(tǒng)檢測到有故障時，相當(dāng)于布爾控件被置位，滿足條件結(jié)構(gòu)中的“真”，系統(tǒng)開始執(zhí)行條件結(jié)構(gòu)里滿足條件為“真”的程序；反之，如果沒有置位，則執(zhí)行條件為“假”的程序。本設(shè)計中條件結(jié)構(gòu)是用來顯示故障可能的原因，所以，條件結(jié)構(gòu)內(nèi)的語句都是字符串形式，因字符串類型的數(shù)據(jù)不能同時輸出。因此，要有一個結(jié)構(gòu)能夠整合這些字符串，即字符串連接函數(shù)(或控件)，使字符串能按照設(shè)定好的順序進(jìn)行連接合并。因字符串的輸出是在一個大的條件結(jié)構(gòu)內(nèi)，其輸出作為整體輸出，如果在其中加入延時函數(shù)，讓其輸出時有打字的效果，則應(yīng)在其它的程序結(jié)構(gòu)內(nèi)。當(dāng)條件不滿足“真”時，系統(tǒng)執(zhí)行“假”的條件下的程序，本設(shè)計中條件“假”內(nèi)為空的字符串通過條件結(jié)構(gòu)外的字符串連接函數(shù)直接輸出，具體見圖4。

圖3　數(shù)據(jù)保存創(chuàng)建表格

圖4　故障提示

5專家會診等模塊

通過Web發(fā)布，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷，使得身處異地的工程師們就可以看到服務(wù)器上VIs的變化情況，從而實(shí)現(xiàn)專家遠(yuǎn)程故障診斷。

配置好LabVIEW Web服務(wù)器，在瀏覽器的URL欄中輸入LabVIEW Web服務(wù)器所在計算機(jī)的網(wǎng)址，異地的工程師就可以訪問該服務(wù)器上發(fā)布的VIs和文檔,進(jìn)而對數(shù)控機(jī)床的故障診斷提供遠(yuǎn)程技術(shù)支持。

6結(jié)束語

本文討論了基于藍(lán)牙無線傳輸技術(shù)和Internet 的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)，建立了包括用戶端的現(xiàn)場監(jiān)控中心、Internet網(wǎng)和遠(yuǎn)程故障診斷服務(wù)中心三層次結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了基于藍(lán)牙的無線網(wǎng)絡(luò)連接與通信。

參考文獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：郝麗英]

Study on the remote default diagnose system for NC machine

LIU Guibo, LI Wei, QI Jianjia, HE Wenguang, SUNn Yufang

(College of Mechanical and Electrical Engineering, Heilongjiang Institute of Technology, Harbin 150050,China)

Abstract：In terms of the situation of insufficient operating time and long downtime of NC machine caused by not in time of onsite services from manufactures, a remote default diagnose system is promoted in the paper based on the Bluetooth wireless transmission technology and Internet. The computers in monitoring center can collect data on time by surfing the internet through Bluetooth mobile phone or wireless network card, and sent the information to the default diagnose center. Then the experts can diagnose the default of NC machine remotely.

Key words：NC machine;remote default diagnose;Bluetooth;Internet;LabVIEW

作者簡介：劉桂波(1974-)，女，講師，研究方向：機(jī)床電氣控制.

中圖分類號：TG659

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-4679(2016)01-0026-04

基金項目：哈爾濱市科技局科技創(chuàng)新人才研究專項資金項目(2013RFXXJ053)

收稿日期：2015-11-01