嵌入式数控加工中心状态监测与评估系统研究
发布时间：2021-07-24 18:47
数控加工中心是离散型制造企业最关键的加工设备之一,设备状态关系到企业生产。本文针对加工中心采集参数多,硬件采集价格昂贵、监测状态参数单一、监测系统拓展性差、开放程度低,难以满足现有信息化发展和合理资源调度的问题,设计并研发了一套数控加工中心状态监测与评估系统,基于NI-cDAQ和OPC UA技术,并结合BP神经网络技术,实现了对数控加工中心的实时监测和状态评估,以促进制造企业的优化调度,在缩短产品研制周期、降低资源能源消耗、降低运营成本、提高生产效率、提升产品质量等方面发挥重大作用。设计的加工中心状态监测与评估系统以工程应用为目标,主要研究内容包括以下几个方面:（1）查阅相关的国内外资料和文献,调研了加工中心状态监测与评估系统在国内外的发展与研究现状。通过对比分析,总结了不同类型的状态监测与评估系统的优势及应用,针对现有系统存在的问题给出了具体解决方案。（2）通过分析数控加工中心的软硬件组成,对加工中心的机床数据进行了数据划分定义和数据交换分析,确定了对数控加工中心的采集方案为OPC UA,并简要阐述了OPC UA技术的建模及其优势,为后续数据采集进行准备工作。（3）针对加工中心的刀具...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MES系统技术架构
昆明理工大学硕士学位论文4种机床制造商远程监控和维护客户机床的监测系统（RMMS），移动电话网络将一组机床连接到制造商服务器，进而实现数控机床的实时监测与维护[8]，同时该学者还提出了一种对数控机床PLC的监控系统，获取了数控机床紧急停车和刀具的运动状况等信息[9]。国外系统多为利用网络手段进行状态监测与评估，图1.2为国外典型的数控加工中心监测系统KyaTera[10]。图1.2国外典型数控机床监测系统KyaTeraFig1.2ForeigntypicalCNCmachinetoolmonitoringsystem1.3.2国内数控加工中心监测与评估系统研究现状相对于西方发达国家，国内对数控机床监测系统的研究起步较晚，研究人员主要集中在高校与科研机构。沈阳机床厂利用i5智能数控系统将加工信息进行实时传递和机床数据交换，可为用户提供智能加工方案，并能够将加工过程自动校正、自动诊断以及智能管理与控制等。西南交通大学的赵敏开发了一种监测与诊断系统实现了对数控机床的智能监测与诊断[11]；西安交通大学周玉清提出了一种新的获取机床动态性能参数方法，利用机床内置传感器信号并结合转矩、位置、速度等数据信息对数控机床进行故障诊断。华中科大的吴传海采用VC和LabVIEW混合编程的方式实现了机床振动与温度信号的监测与基本分析[12]。河北工业大学杨泽青率先提出了元胞组态协同的监控方法，针对监测系统这类复杂系统的动态、复杂、多变、不确定性以及协同工作等特点，将复杂系统理论应用于高速数控车削加工中心动态性能监控领域[13]。李华志提出了一种基于远程服务系统架构的数控机床故障诊断系统，利用CAN总线实现对车间内多台数控车床的在线监控，并能够提供故障预警和显示记录等功能[14]。国内状态监测系统多采用嵌入式硬件设备进行采集，图1.3展示了国内典型
第一章绪论5图1.3国内典型数控机床监测系统Fig1.3TypicalvehicletestingsysteminChina综合以上文献和网络技术发展可知，数控加工中心的状态监测已经从最初的外接传感器进行数据采集转向利用数控加工中心内置传感器和外部嵌入式设备相结合进行数据采集的方式过渡，且随着数控加工中心的智能化程度提升，内置传感器的种类数量也在不断完善，加工参数采集的体系也更加完整。但由于不同机床制造商的数控系统存在封闭性以及通讯接口的差异，导致目前不同数控加工中心状态监测方案无法通用。1.3.3数控加工中心状态监测与评估技术研究现状数控加工中心的智能化导致机床的结构复杂性大大增加，状态监测与评估难度也越来越高，根据国内外研究现状及参考文献，现有状态监测与评估技术可以归纳为基于机床内置接口、基于PLC接口以及基于外接硬件三类。（1）基于机床内置接口数据采集方案数控系统内置接口主要有三种，机床OPC接口、DNC接口、RS-232串口等。OPC(OLEforProcessControl)是基于微软的OLE/COM技术实现的用于规范硬件驱动程序与应用软件之间接口的一种工业标准。DNC（DistributedNumericalControl）分布式数字控制接口。计算机可以直接通过内置接口与数控加工中心进行数据通讯，从而实现对数控加工中心的数据采集。针对OPC接口而言，西门子系列的高档系统和FANUC系统都提供OPC接口以供数据采集，巴西圣保罗开发的KyaTera系统也是基于该接口实现，该系统可行性高，稳定性好，能够实现对数控加工中心的远程访问和数据采集。德国约翰内斯·海德汉博士公司研制的Heidenhain系统中利用OPC接口能够采集参数数控加工中心的操作信息、机床运行状态、主轴运转时间、机床使用效率、机床
【参考文献】：
期刊论文
[1]OPC UA在城市轨道交通信号系统互联互通中的应用研究[J]. 陈海欢. 铁路计算机应用. 2019(02)
[2]基于OPC UA技术的质量数据监测系统[J]. 金希,张为民,费丽娜,Jürgen Fleischer,罗亮. 机械制造. 2018(11)
[3]基于时间——高斯混合模型的刀具磨损预测[J]. 黄文,鲁娟,马俊燕,李康,廖小平,周刚. 工具技术. 2018(10)
[4]基于HBase与OPC UA技术的工业云架构研究[J]. 雷振伍,达呼. 工业控制计算机. 2018(08)
[5]基于MF-DFA特征和LS-SVM算法的刀具磨损状态识别[J]. 关山,庞弘阳,宋伟杰,康振兴. 农业工程学报. 2018(14)
[6]数控机床信息智能采集技术的现状与趋势[J]. 王龙,王云霞,蒋麒麟,李亚鹏. 装备制造技术. 2016(12)
[7]基于普通铣床数控化的S7-300 PLC远程监控和故障诊断系统设计[J]. 李茜,王延年. 工业仪表与自动化装置. 2015(02)
[8]基于ZigBee和RFID的CNC数据采集系统设计[J]. 刘忠凯,段富海. 制造技术与机床. 2015(04)
[9]基于IFIX的运动控制系统SCADA软件设计[J]. 楼建明,廖远江,马涛,张萱. 计算机仿真. 2014(05)
[10]基于物联网技术的数控机床运行监视预警系统研究[J]. 王国强,张根保,陈家焱,洪涛. 计算机应用研究. 2013(12)
博士论文
[1]基于隐马尔可夫模型的微铣削刀具磨损状态监测与过程优化[D]. 刘同舜.中国科学技术大学 2018
[2]基于复杂系统理论的高速数控加工装备动静态特性监控技术研究[D]. 杨泽青.河北工业大学 2010
硕士论文
[1]基于OPC UA的数控机床远程监控系统研究[D]. 谢春秋.兰州理工大学 2017
[2]基于数控设备的远程维护系统研究[D]. 马骏.北京邮电大学 2017
[3]面向工业4.0的机床管理系统的研究与开发[D]. 王帅.中国科学院研究生院(沈阳计算技术研究所) 2016
[4]基于OPC的数控加工单元数据采集技术研究[D]. 赵旭东.电子科技大学 2015
[5]刀具磨损状态识别及预测研究[D]. 刘然.西南交通大学 2014
[6]基于西门子840D的数控机床生产过程状态监测系统研究[D]. 张高尉.天津大学 2014
[7]基于OPC DA 3.0的OPC服务器与客户端的研究与实现[D]. 望荆沙.西安电子科技大学 2012
[8]数控机床智能化状态监测与故障诊断系统[D]. 赵敏.西南交通大学 2011
[9]基于混合编程技术的机床动态测试分析仪的软件系统开发[D]. 吴传海.华中科技大学 2011
[10]MES中数控车间数据采集系统的研究和应用[D]. 付林云.浙江大学 2008
本文编号：3301218
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MES系统技术架构
昆明理工大学硕士学位论文4种机床制造商远程监控和维护客户机床的监测系统（RMMS），移动电话网络将一组机床连接到制造商服务器，进而实现数控机床的实时监测与维护[8]，同时该学者还提出了一种对数控机床PLC的监控系统，获取了数控机床紧急停车和刀具的运动状况等信息[9]。国外系统多为利用网络手段进行状态监测与评估，图1.2为国外典型的数控加工中心监测系统KyaTera[10]。图1.2国外典型数控机床监测系统KyaTeraFig1.2ForeigntypicalCNCmachinetoolmonitoringsystem1.3.2国内数控加工中心监测与评估系统研究现状相对于西方发达国家，国内对数控机床监测系统的研究起步较晚，研究人员主要集中在高校与科研机构。沈阳机床厂利用i5智能数控系统将加工信息进行实时传递和机床数据交换，可为用户提供智能加工方案，并能够将加工过程自动校正、自动诊断以及智能管理与控制等。西南交通大学的赵敏开发了一种监测与诊断系统实现了对数控机床的智能监测与诊断[11]；西安交通大学周玉清提出了一种新的获取机床动态性能参数方法，利用机床内置传感器信号并结合转矩、位置、速度等数据信息对数控机床进行故障诊断。华中科大的吴传海采用VC和LabVIEW混合编程的方式实现了机床振动与温度信号的监测与基本分析[12]。河北工业大学杨泽青率先提出了元胞组态协同的监控方法，针对监测系统这类复杂系统的动态、复杂、多变、不确定性以及协同工作等特点，将复杂系统理论应用于高速数控车削加工中心动态性能监控领域[13]。李华志提出了一种基于远程服务系统架构的数控机床故障诊断系统，利用CAN总线实现对车间内多台数控车床的在线监控，并能够提供故障预警和显示记录等功能[14]。国内状态监测系统多采用嵌入式硬件设备进行采集，图1.3展示了国内典型
第一章绪论5图1.3国内典型数控机床监测系统Fig1.3TypicalvehicletestingsysteminChina综合以上文献和网络技术发展可知，数控加工中心的状态监测已经从最初的外接传感器进行数据采集转向利用数控加工中心内置传感器和外部嵌入式设备相结合进行数据采集的方式过渡，且随着数控加工中心的智能化程度提升，内置传感器的种类数量也在不断完善，加工参数采集的体系也更加完整。但由于不同机床制造商的数控系统存在封闭性以及通讯接口的差异，导致目前不同数控加工中心状态监测方案无法通用。1.3.3数控加工中心状态监测与评估技术研究现状数控加工中心的智能化导致机床的结构复杂性大大增加，状态监测与评估难度也越来越高，根据国内外研究现状及参考文献，现有状态监测与评估技术可以归纳为基于机床内置接口、基于PLC接口以及基于外接硬件三类。（1）基于机床内置接口数据采集方案数控系统内置接口主要有三种，机床OPC接口、DNC接口、RS-232串口等。OPC(OLEforProcessControl)是基于微软的OLE/COM技术实现的用于规范硬件驱动程序与应用软件之间接口的一种工业标准。DNC（DistributedNumericalControl）分布式数字控制接口。计算机可以直接通过内置接口与数控加工中心进行数据通讯，从而实现对数控加工中心的数据采集。针对OPC接口而言，西门子系列的高档系统和FANUC系统都提供OPC接口以供数据采集，巴西圣保罗开发的KyaTera系统也是基于该接口实现，该系统可行性高，稳定性好，能够实现对数控加工中心的远程访问和数据采集。德国约翰内斯·海德汉博士公司研制的Heidenhain系统中利用OPC接口能够采集参数数控加工中心的操作信息、机床运行状态、主轴运转时间、机床使用效率、机床
【参考文献】：
期刊论文
[1]OPC UA在城市轨道交通信号系统互联互通中的应用研究[J]. 陈海欢. 铁路计算机应用. 2019(02)
[2]基于OPC UA技术的质量数据监测系统[J]. 金希,张为民,费丽娜,Jürgen Fleischer,罗亮. 机械制造. 2018(11)
[3]基于时间——高斯混合模型的刀具磨损预测[J]. 黄文,鲁娟,马俊燕,李康,廖小平,周刚. 工具技术. 2018(10)
[4]基于HBase与OPC UA技术的工业云架构研究[J]. 雷振伍,达呼. 工业控制计算机. 2018(08)
[5]基于MF-DFA特征和LS-SVM算法的刀具磨损状态识别[J]. 关山,庞弘阳,宋伟杰,康振兴. 农业工程学报. 2018(14)
[6]数控机床信息智能采集技术的现状与趋势[J]. 王龙,王云霞,蒋麒麟,李亚鹏. 装备制造技术. 2016(12)
[7]基于普通铣床数控化的S7-300 PLC远程监控和故障诊断系统设计[J]. 李茜,王延年. 工业仪表与自动化装置. 2015(02)
[8]基于ZigBee和RFID的CNC数据采集系统设计[J]. 刘忠凯,段富海. 制造技术与机床. 2015(04)
[9]基于IFIX的运动控制系统SCADA软件设计[J]. 楼建明,廖远江,马涛,张萱. 计算机仿真. 2014(05)
[10]基于物联网技术的数控机床运行监视预警系统研究[J]. 王国强,张根保,陈家焱,洪涛. 计算机应用研究. 2013(12)
博士论文
[1]基于隐马尔可夫模型的微铣削刀具磨损状态监测与过程优化[D]. 刘同舜.中国科学技术大学 2018
[2]基于复杂系统理论的高速数控加工装备动静态特性监控技术研究[D]. 杨泽青.河北工业大学 2010
硕士论文
[1]基于OPC UA的数控机床远程监控系统研究[D]. 谢春秋.兰州理工大学 2017
[2]基于数控设备的远程维护系统研究[D]. 马骏.北京邮电大学 2017
[3]面向工业4.0的机床管理系统的研究与开发[D]. 王帅.中国科学院研究生院(沈阳计算技术研究所) 2016
[4]基于OPC的数控加工单元数据采集技术研究[D]. 赵旭东.电子科技大学 2015
[5]刀具磨损状态识别及预测研究[D]. 刘然.西南交通大学 2014
[6]基于西门子840D的数控机床生产过程状态监测系统研究[D]. 张高尉.天津大学 2014
[7]基于OPC DA 3.0的OPC服务器与客户端的研究与实现[D]. 望荆沙.西安电子科技大学 2012
[8]数控机床智能化状态监测与故障诊断系统[D]. 赵敏.西南交通大学 2011
[9]基于混合编程技术的机床动态测试分析仪的软件系统开发[D]. 吴传海.华中科技大学 2011
[10]MES中数控车间数据采集系统的研究和应用[D]. 付林云.浙江大学 2008
本文编号：3301218
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