基于虚拟仪器的数控机床设备状态远程监测系统

基于虚拟仪器的数控机床设备状态远程监测系统　基于虚拟仪器的数控机床设备状态远程监测系统　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｆｏｒ　ＣＮＣ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　熊茂华　（番禺职业技术学院，广东广州５１１４８３）　摘要　提出了将虚拟仪器技术和网络技术应用数控机床设备的远程监测、故障诊断系统中，介绍了系统的组成结构和功能，讨论　了基于ＤａｔａＳｏｋｅｔ技术的ＬａｂＶｌＥＷ远程通信方法，并论述了数控机床设备的远程故障检测诊断技术厦其实现方法。　关键词：虚拟仪器，数控机床，远程监测，故障诊断　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ａ　ｒｅｍｏｔｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｆａｕｌｔ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ＣＮＣ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｖｉｒｔｕａｌ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｅ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｏｆ　ｒｅ．　ｍｏｔｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ＬａｂＶｌＥＷ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｃｏｕｒｓｅ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｒｅｍｏｒｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｆａｕｌｔ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｉｒｔｕａｌ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ．ＣＮＣ　ｍａｃｈｉｎｅ．ｒｅｍｏｔｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．ｆａｕｌｔ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　１　数控机床设备故障诊断方法　数控机床设备故障诊断技术包括两个方面：故障监测与故　毂　数据　障诊断，统称故障监测和诊断（ＦＤＤ），它是通过设备本身的一种　控　采集　１虚１　远程　机　或几种特征参数（如振动信号、温度、压力、位移）是否在允许范围　床　一感　一　及信　】器ｌ　号调　车——　，ｖｘ１／Ｐｘ　拟ｌ仪　———　　Ｉ　ｔ　监测　与谚　内来检查和判断状态是否正常的一种常用的方法。设备故障诊　设　１理放　Ｉ辨ｆ　断子　Ｌ鱼　大　累统　断采用两种途径：从上至下或从下至上。从上至下就是对整台设　备从大系统到子系统按层次进行诊断，如与典型的设备故障数　圈１　系统组成结构圈　据库中的数据进行比较，与正常工况下的设备运行数据进行比　动信号、温度、压力、位移以及其它工艺信号），通过ＰＣＩ／ＶＸＩ／　较。从下至上就是针对现场的局部设备和个别元部件进行诊断。　ＰＸＩ等总线传给对应的虚拟仪器。　如润滑油液的成分、刀具的温升、磨损等。故障监测是采集数控　２．２基于虚拟仪器的信号分析处理子系统　机床设备运行参数的异常数据。根据这些数据可确定数控机床　基于虚拟仪器的数控机床设备状态远程监测系统利用了虚　设备是否已出现故障或将要出故障。非正常工况可能出现在整　拟仪器ＬａｂＶＩＥＷ的强大的信号分析处理功能对数控机床在不　个运行期间，也可能只在某种特定条件下产生。故障诊断方法通　同时刻、不同状态下动态信号快速、准确地进行各种信号分析和　常有温度法、油样分析法和振动信号诊断法。目前振动信号诊断　数据处理。绘制出有利于观察识别机床状态图谱，并将信号特征　法和与其密切相关的噪声法在故障诊断中得到广泛应用。它是　传递给远程诊断专家系统，供诊断机床设备故障使用。系统中利　依据设备运行或激振时的振动信息，通过信息处理和特征提取　用本地工作站和ＬａｂＶＩＥＷ软件构建虚拟仪器。这个虚拟仪器实　方法来进行故障诊断。常用的理论和方法有小波理论、加窗ＦＦＴ　质是一个信号分析处理了系统，主要完成以下功能：接收现场采　分析等。本系统就是基于振动信号诊断法加以研究。　集的实时数据并保存；波形调理模块（包括ｌｌＲ和ＦＩＲ两种类型　２系统的构成　的数字滤波器）；时域波形显示模块（对采集的信号定性分析）；　数控机床设备状态远程监测与诊断，需要多方面的测试与　时域分析模块（自相关分析、互相关分析、信号卷积等）；傅立叶　诊断参数的综合判断、推理。对于快速故障诊断，更要求机床设　谱分析模块（ＦＦＴ算法）；古典功率谱分析（自功率谱和互功率谱　备参数的快速采集和处理。随着计算机网络技术与虚拟仪器技　分析）；传递函数分析模块；概率密度函数分析模块；倒频谱分析　术的高速发展，把虚拟仪器和网络技术相结合。构成网络虚拟仪　模块；周期信号波形测量模块（峰峰值、均方根值、平均值等）；高　器系统。网络化虚拟仪器使数控机床设备状态远程监测与故障　阶累量谱分析；短时傅立叶谱分析；最大熵谱分析；自适应滤波　诊断成为可能。本系统由三层结构，即现场实时数据采集子系　器的设计；波形发生器的设计；周期信号频率测量的设汁；小波　统、基于虚拟仪器的信号分析处理于系统、远程故障监测诊断子　分析仪的设计；希尔伯特变换分析。　系统（包括：远程监测诊断服务器和远程诊断工作站）。系统结构　２．３远程故障监测诊断子系统　如图１所示。　远程故障监测诊断子系统是一个智能诊断决策系统。整合了　２．１现场实时数据采集子系统　丰富的故障诊断知识，数控机床的实测参数信号，经虚拟仪器通过　现场实时数据采集系统是整个系统的最前端，由多路信号　网络传输给远程监测诊断服务器。针对异常信息，在数控机床故障　采集卡和相应的调理放大电路组成。在数控机床的关键部位根　诊断专家系统知识库中检索匹配的解决方案，并利用人工智能技　据需要安装不同的高精度传感器，在线实时获取振动、温度、转　术，以神经网络、模糊控制和规则推理，结合领域专家知识和设备　速、位移等设备运行状态信息。主要任务是将各监测信号（如振　历史档案进行分析，做出进一步的诊断，得出机床设备故障原　￥番禺职业技术学院基金课题　维普资讯 http://www.cqvip.com

《工业控制计算机）２００６年１９卷第１２期　因，并在运行过程中应用工程知识不断积累经验，丰富知识库，　４７　差的数据发布（Ｐｕｂｌｉｓｈ）和读取（Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅ）。例如：本系统中的虚　拟仪器要把对数控机床采集的实时信号经数字信号分析与处理　后的有用信号以表格形式传输给远程的故障监测诊断计算机，　具体的设置步骤如下：　提供故障发生的原因以及治理措施，以便实现操作开环控制。　远程故障ｌ监测诊断子系统具有如下特点：将神经网络、模糊　故障诊断和规则推理故障诊断三者有机结合，智能化水平和诊　断准确率岛；采用多点信号检测，综合分析，避免仪靠个别测点　进行故障诊断的误判、漏判；采用多信号（振动信号＋工艺信号）　综合应用技术，避免单一信号进行故障诊断不足，以提高故障诊　断准确率；应用时域信号的数学特征量自动识别故障症兆，实现　汁算机全自动故障识别。　３虚拟仪器的远程通信的实现　１）在虚拟仪器的前面板的表格上单击鼠标右键，在快捷菜　单中选“Ｄａｔａ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ－－＊ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ　Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ”项，弹出　“ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ　Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ”对话框；　２）在“ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ　Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ”对话框中的Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　Ｔｙｐｅ的单选框中选Ｐｕｂｌｉｓｈ项（注：远程的选Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅ项），　且沟选Ｅｎａｂｌｅｄ项，表示当ＶＩ运行时数据发送（或接收）；　３）在“ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ　Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ”对话框中的Ｃｏｎｎｅｃｔ　Ｔｏ　使用ＬａｂＶｌＥＷ实现网络通信有４种方法：①软件操作界面　共享方式。利用Ｒｅｍｏｔｅ　Ｐａｎｅｌｓ技术进行网络通信；②基于　ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ技术进行网络通信；⑧现场实时发布测控程序的网　页，异地使用浏览器（如Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｅｘｐｌｏｒｅｒ，Ｎｅｔｓｃａｐｅ　Ｃｏｍｍｕ—　ｎｉｃａｔｉｏｒ等）进行监控；④基于ＴＣＰ、ＵＤＰ等传输控制协议编程　进行网络通信。Ｉ＝ｆ【ｉ基于ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ技术的ＬａｂＶＩＥＷ远程通信　是每为测最数据的实Ｈ，－Ｈ￣送而设计，是虚拟仪器设计过程中面　向网络测控的技术扩展，能简化系统开发过程，满足正确传输、　实时通信和网络安全的设计要求，特别适合于远程数据采集、监　控和数据共享等应用程序的升发。本系统主要使用ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ　技术实现远程通信。　ＮＩ公司推出的ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ和Ｒｅｍｏｔｅ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ａｃｃｅｓｓ技　术能很好地实现远程测控。系统中采用ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ技术来实现，　ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ是一种基于ＴＣＰ／ＩＰ协议的网络软件技术和网络编　程工具，它支持本地文件Ｉ／Ｏ操作，ＦＴＰ和ＨＴＴＰ文件传输，实时　数据共享，并提供统一的ＡＰＩ编程接ＩＺｌ。从数据共享的角度，它是　对底层进行高度封装，所以需提供的参数少，编程简单，使用方　便，町用来在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上进行即时分送数据，分别适合于远程数　据采集、控制和数据共享等应用稃序的开发。　户可以像使用　ＬａｂＶＩＥＷ中的其他数据类型一样用ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ读写字符串、　整形数、布尔量搜数组数据，ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ支持多进程并发。　基于ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ技术虚拟仪器的网络通信模　如图２所　示。在安装有ＰＣｌ８３３３多功能数据采集　的虚拟仪器计算机上采　集实时参数。并进行数　＃信号处理与分析，运行ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ服务　器，虚拟仪器可把有用的数字信号传送给远程的故障监测诊断的　Ｃｌｉｅｎｔ端　作为远程监测控制的Ｃｌｉｅｎｔ端电可完全取得对现场计　算机的控制权　．Ｃｌｉｅｎｔ端向ＳｅｒｖｅｒＳｏｃｋｅｔ发送采集指令或其它指　令，Ｓｅｒｖｅｒ接到命令后，根据命令把相关的信息写入ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ　服务器。Ｃｌｉｅｎｔ端自动从ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ服务器获得数据。　数　数搀　虚拟仪器　　：譬　放ｊ　１．蚕臻　　寡　　『１　－１｝　Ｉ　ｌ？　薹　ｌ菜　攀　圈２虚拟仪器与远程诊断子系统通信圈　在虚拟仪器ＬａｂＶＩＥＷ中运用ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ技术实现网络通　信常用的两种途径：利用控件属性直接连接实现网络数据传输　和ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ　ＡｃｔｉｖｅＸ技术远程通信。　（１）利用控件属性直接连接实现网络数据传输　ＬａｂＶＩＥＷ的前面卜的每一控件都有一个ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ　Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ属性，通过该属性的设置可实现不同的计算机上相　对应的两个甚至多个间类　控件之间的ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ通信。只要　规定ＵＲＬ和控件连接方式就可以在本地和远程进行实时无误　中指定ＵＲＬ，且远程的表格的Ｄａｔａｓｏｃｋｅｔ　Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ对话框　中填写相同的ＵＲＬ。其中ＵＲＬ应符合以下格式：ｄｓｔｐ：／／　ｓｅｒｖｅｍａｍｅ　ｃｏｍ／ｔａｂｌｅｆｏｒｍｄａｔａ，其中ｓｅｒｖｅｍａｍｅ．ｃｏｒｎ是本　地计算机网址，它可以是计‘算机名、ｌＰ地址或计算机域名：　ｔａｂｌｅｆｏｒｍｄａｔａ是数据的名称标识（ｔａｇ），用以区别不同的　ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ连接。这样就建立＿『与远程控件的连接。　４）运行两程序，当控件右上角的方框呈绿色时，表明数据发送　或接收得到　确连接，本地控件的数据可实时地传送到异地控件　中；当方框　红色时，表明数据与ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ　Ｓｅｒｖｅｒ连接失败。　（２）ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ　ＡｃｔｉｖｅＸ技术远程通信　ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ　ＡｃｔｉｖｅＸ控件，用于把应用程序连接到数据源　并在它们之问共享数据。丌发者可以利用它提供的夫量控件住　诸如ＶＢ、ＶＣ、Ｂｏｒｌａｎｄ　Ｄｅｌｐｈｉ等ＡｃｔｉｖｅＸ容器中开发　享数据　应用程序。本系统的虚拟仪器与远程故障诊断子系统通信程序　就使用了Ｄａｔａｓｏｃｋｅｔ控件。将ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ　ＡｃｔｉｖｅＸ摔件进行　进一步封装，实现具有一定功能的ＡｃｔｉｖｅＸ控件（聚合控件）并集　成到ｗｅｂ页面上，在浏览器通过访问该ｗｅｂ页向时即可实现　远程监测与故障诊断。基于ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ技术的虚拟仪器远程通　信的ｗｅｂ虚用开发过程如下：　１）利用原始控件。选择Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ＣＷＣｌａｔａ～　Ｓｏｃｋｅｔ和Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ两个组件在ＶＢ的控件列表中　加人方法；　●　２）创建聚合挎件Ｒｅｍｏｔｅ　Ｍｏｎｉｔｏｒ。并开发出包括通讯、数　据选项等功能的人机交互界面的组件；　３）编写包括建立连接、数据更新、状态更新、断歼连接等代　码的程序；　４）编译形成ＡｃｔｉｖｅＸ拧件；　５）创建ＨＴＭＬ文卡当。使用ＶＢ的Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｅｔｕｐ　Ｗｉｚａｒｄ．　创建一个Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｐａｃｋａｇｅ，它包括一个ＨＴＭＬ文件和一个　Ｃａｂ文件。在打包时，不包含属忡页，将脚奉（ｓｃｒｉｐｔｉｎｇ）仞始化　（ｉｎｉｔｉａｌｉｚａ　ｔｉｏｎ）的安全级别设为Ｎｏｎｅ；　６）将创建好的Ｃａｂ文件和ＨＴＭＬ文档拷贝，并发布。　４结束语　将虚拟仪器技术和网络技术应『１ｊ到数控机床设备的远程监　测、故障诊断系统中，依靠ＤａｔａＳｏｅｋｅｔ技术和网络技术，能准确、　及时、有效地实现对数控机床远程故障诊断，并能有效地控制远　程仪器设备，甚至在任何地方进行数据采集、分析、处理和显示．　并利用各地专家的优势，获得正确的测量、控制和诊断结果。　参考文献　［１　Ｊ盛兆顺，等．设备状态监测与故障诊断技术及应用ｆＭＪ北京：化学工　业出版社，２００３　［２］杨乐平，等ＬａｂＶｌＥＷ高级程序设计【Ｍ】北京：清华大学出版社，２００３　ｆ收稿日期：２００６．５．１０］