自1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出第一臺(tái)試驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng)以來(lái),至今已經(jīng)歷了50多年,數(shù)控裝置也逐漸由NC發(fā)展為CNC。計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展使得開(kāi)放式數(shù)控(Open CNC)已成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)的主題,數(shù)控系統(tǒng)可以集成更多、更復(fù)雜的功能。并且隨著需求的推動(dòng),智能化與網(wǎng)絡(luò)化已成為數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)主要發(fā)展趨勢(shì)。本文以開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)為平臺(tái),構(gòu)建以加工安全及加工優(yōu)化為目標(biāo)的智能化解決方案,提出了基于加工過(guò)程多物理狀態(tài)的集成在線監(jiān)測(cè)策略;同時(shí),針對(duì)日益增強(qiáng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與診斷的功能需求,提出開(kāi)放結(jié)構(gòu)數(shù)控平臺(tái)基于網(wǎng)絡(luò)的層次化狀態(tài)監(jiān)測(cè)策略。
1 系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制
在加工過(guò)程中,應(yīng)時(shí)刻保持機(jī)床處于良好或最優(yōu)工作狀態(tài),尤其對(duì)于單件加工成本較高的工件以及復(fù)雜精密機(jī)床。其產(chǎn)品報(bào)廢及機(jī)床損壞甚至是加工效率的降低都將造成巨大損失。在此隋況下,需要及時(shí)掌握加工狀態(tài)信息,以便迅速做出調(diào)整。傳統(tǒng)上采用巡檢或定期檢測(cè)的方式,以保持機(jī)床性能。但這種方式不足以防止加工過(guò)程中的異常發(fā)生。近來(lái),人們開(kāi)始研究將加工與監(jiān)測(cè)相結(jié)合的實(shí)現(xiàn)模式,并且取得了一定進(jìn)展。
然而目前狀態(tài)監(jiān)測(cè)與優(yōu)化控制系統(tǒng)大都采用獨(dú)立于數(shù)控系統(tǒng)的外掛式形式,兩者未能實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成。無(wú)疑這不符合開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)理念及發(fā)展趨勢(shì),并于無(wú)形中提高了系統(tǒng)復(fù)雜程度,增加了安裝調(diào)試乃至操作的難度。同時(shí)目前的研究尚缺乏加工狀態(tài)監(jiān)測(cè)與在機(jī)質(zhì)量檢測(cè)的綜合一體化集成響應(yīng)方案,以及系統(tǒng)自身功能結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)調(diào)整方案。
1.1 加工過(guò)程的數(shù)控系統(tǒng)集成在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)
本文以運(yùn)行安全與加工優(yōu)化為目標(biāo),采用數(shù)控系統(tǒng)集成在線監(jiān)測(cè)方案,將監(jiān)測(cè)信號(hào)分為系統(tǒng)限制級(jí)信號(hào)、平穩(wěn)信號(hào)及突變信號(hào),由系統(tǒng)進(jìn)行分類處理。
(1)系統(tǒng)限制級(jí)信號(hào)指與系統(tǒng)安全運(yùn)行相關(guān)的狀態(tài)信號(hào),包括邏輯控制單元各端口狀態(tài)、伺服驅(qū)動(dòng)狀態(tài)、通汛連接狀態(tài)以及其它周邊設(shè)備狀態(tài)等。這類信號(hào)與系統(tǒng)安全直接相關(guān)。屬于最高級(jí)別的狀態(tài)信息,要求系統(tǒng)迅速做出反應(yīng),嚴(yán)重情況下進(jìn)行自動(dòng)停機(jī)處理。數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部通過(guò)高速輪詢各相關(guān)電氣端口狀態(tài),以簡(jiǎn)單快速的響應(yīng)方式完成此類狀態(tài)信息的監(jiān)測(cè)與處理。
(2)平穩(wěn)信號(hào)在此定義為機(jī)床加工過(guò)程中產(chǎn)生并由各類傳感器件反饋的各類具有漸變趨勢(shì)物理狀態(tài)信號(hào),反映了加工過(guò)程的運(yùn)行平穩(wěn)性。典型的如振動(dòng)信號(hào)、聲發(fā)射信號(hào)、電機(jī)電流等。通常穩(wěn)定加工情況下,這類信號(hào)不會(huì)有太大的波動(dòng),并可利用時(shí)間序列等手段進(jìn)行可靠預(yù)測(cè)。利用開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的可擴(kuò)展優(yōu)勢(shì),開(kāi)發(fā)適于數(shù)控加工的信號(hào)采集單元,以PCI總線及相應(yīng)API與數(shù)控系統(tǒng)無(wú)淺奎集成,實(shí)現(xiàn)對(duì)多傳感器信息的有效獲取。系統(tǒng)內(nèi)蓋唁息處理單元將對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行分析得到運(yùn)行狀態(tài)及經(jīng)過(guò)優(yōu)化的加工參量信息,并艇終分別反饋至診斷模塊與運(yùn)動(dòng)控制模塊,以實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)維護(hù)與加丁優(yōu)化。
(3)突變信號(hào)則指的是在加工中無(wú)法預(yù)知何時(shí)發(fā)生而又對(duì)系統(tǒng)或機(jī)床造成重大影響的沖擊信號(hào)。典型的如電網(wǎng)電壓的突變、不規(guī)范作業(yè)或刀具松動(dòng)而造成的刀具碰撞等。這類信號(hào)發(fā)生幾率較小,但由于在發(fā)生時(shí)系統(tǒng)沒(méi)有足夠的時(shí)間進(jìn)行響應(yīng),往往造成難以估量的損失。因此本文提出采用類視覺(jué)前饋與安全緩沖相結(jié)合的策略,在沖擊信號(hào)發(fā)生前進(jìn)行預(yù)警或在發(fā)生時(shí)實(shí)現(xiàn)緩沖保護(hù),以極大限度地減少損失。所謂類視覺(jué)前饋是指采用類似于人類視覺(jué)的預(yù)警機(jī)制,在危險(xiǎn)尚未發(fā)生時(shí)提前預(yù)判,以防止危險(xiǎn)發(fā)生而系統(tǒng)卻“無(wú)力自保”的一種安全防護(hù)機(jī)制,采用預(yù)警并主動(dòng)規(guī)避的策略來(lái)實(shí)瑰。而安全緩沖則是指對(duì)于無(wú)法預(yù)瞥的突變信號(hào),通過(guò)緩沖裝置將信號(hào)轉(zhuǎn)化為安全的平穩(wěn)信號(hào),然后通知主控單元進(jìn)行處理。圖1顯示了系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊的功能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
圖1 系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊的功能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
1.2 在機(jī)質(zhì)齡檢側(cè)及狀態(tài)信息綜合響應(yīng)
在機(jī)質(zhì)量檢測(cè)可減少工件裝卡次數(shù),提高定位精度,并有效降低廢品率;诖,利用開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì),開(kāi)發(fā)在機(jī)質(zhì)檢測(cè)控制功能具有現(xiàn)實(shí)的意義。
相較于離線檢測(cè),在機(jī)檢測(cè)方式的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是在加工過(guò)程中,可按需及時(shí)向數(shù)控系統(tǒng)提供準(zhǔn)確可靠的工件形位誤差信息。采用高靈敏度的紅寶石測(cè)頭與紅外線定位相結(jié)合的方式,可有效保證在機(jī)檢測(cè)的精度:在集成了加工過(guò)程在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)平臺(tái)中,將這種形位誤差低急作為一種倍息流導(dǎo)向兩個(gè)不同的目的地(圖2)。
圖2監(jiān)測(cè)信息集成響應(yīng)策略
由圖看出,誤差信息流其一是作為后續(xù)工藝加工調(diào)整的依據(jù),直接進(jìn)入數(shù)控系統(tǒng)的工藝決策模塊,并繼續(xù)影響后續(xù)加工過(guò)程;其二是作為加工制造系統(tǒng)的一種狀態(tài)信息,與前述加工過(guò)程在線監(jiān)測(cè)得到的狀態(tài)信息一起,作為系統(tǒng)狀態(tài)評(píng)定及故障診斷的數(shù)據(jù)源,進(jìn)入故障珍斷模塊,實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)床以及工件的狀態(tài)信息閉環(huán),從而豐富了單純依靠加工過(guò)程的狀態(tài)信息進(jìn)行診斷與維修的信息量。提高了狀態(tài)預(yù)測(cè)與診斷的精度。
1.3 系統(tǒng)自整定策略
機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中,隨著狀態(tài)的改變,智能系統(tǒng)要求能實(shí)現(xiàn)自身功能給構(gòu)的自整定以適應(yīng)外界環(huán)境的變化;诖耍疚奶岢隽嗽哂嗯c自調(diào)整策略。所謂元胞,在此定義為系統(tǒng)功能的最小執(zhí)行單位。它們擁有自己的數(shù)據(jù)資源并能共享系統(tǒng)的公共資源,由一個(gè)唯一定義的ID以標(biāo)志自身。多個(gè)元址替險(xiǎn)照一定的邏輯規(guī)則組成一個(gè)完整的功能實(shí)體,稱為模塊。通過(guò)調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu),模塊可以在不同的工作模式下正常運(yùn)行。在系統(tǒng)爵態(tài)設(shè)計(jì)初期,通過(guò)對(duì)底層元胞的冗余設(shè)計(jì),可實(shí)現(xiàn)對(duì)上層多種工作模式的資源支撐。間時(shí),還可利用數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)放結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì),動(dòng)態(tài)添加新的元胞,以實(shí)現(xiàn)對(duì)更多工作模式的支撐。在模塊內(nèi)部,每個(gè)元胞擁有一個(gè)隨狀態(tài)可變的位置號(hào),標(biāo)志該元胞在模塊內(nèi)部所處的邏輯位置,以屬性變童MyPos表示。模塊內(nèi)部維護(hù)一個(gè)元胞位置號(hào)與模塊功能結(jié)構(gòu)的關(guān)系映射表。而在元胞內(nèi)部,則通過(guò)該位置號(hào)控制元胞與外界的連接關(guān)系。當(dāng)外界狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),通過(guò)底層元胞的位置自動(dòng)調(diào)整,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體功能結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)改變。圖3為在外界狀態(tài)改變劍模塊內(nèi)部勸能結(jié)構(gòu)調(diào)整示例。
圖3元胞姿式調(diào)整示意圖
圖中,C1-C6為該模塊的組成元胞,按照預(yù)設(shè),每個(gè)元胞都可與特定的元胞直接發(fā)生聯(lián)系。如C1可直接與C2、C3及G4發(fā)生聯(lián)系。元咆的上下層代表了數(shù)據(jù)的流向。而同一層間元胞的左右順序代表了上層公共元胞與它們建立連接的先后關(guān)系。
圖4為集成狀態(tài)監(jiān)測(cè)環(huán)境下,數(shù)控系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)整自身功能結(jié)構(gòu)的控制模型。
圖4系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)整控制模型
2 基于網(wǎng)絡(luò)的層次化監(jiān)控機(jī)制
網(wǎng)絡(luò)技未的發(fā)展使得對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的婀絡(luò)需求日益提高,網(wǎng)絡(luò)化已成為數(shù)控技術(shù)的又一發(fā)展趨勢(shì)。以開(kāi)放式數(shù)控體系架構(gòu)為支撐,開(kāi)發(fā)統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)支持單元,可多乏現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)監(jiān)側(cè)與遠(yuǎn)程診斷。
系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)對(duì)象被確認(rèn)為數(shù)控系統(tǒng)界面,加工場(chǎng)景以及傳感器反饋的運(yùn)行狀態(tài)信息。不同的監(jiān)測(cè)對(duì)象將向遠(yuǎn)程終端提供不同的機(jī)床加工信息。
為保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的平穩(wěn)傳輸,除選用高速網(wǎng)絡(luò)設(shè)備外,系統(tǒng)采用同步切換機(jī)制,由遠(yuǎn)程絲喘選取監(jiān)測(cè)對(duì)象,而控制策略單元?jiǎng)t負(fù)責(zé)確保遠(yuǎn)程終端同一時(shí)刻最多只監(jiān)測(cè)一種對(duì)象,并根據(jù)遠(yuǎn)程終端反饋的診斷結(jié)論以及CNC系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的分桿結(jié)果更新控制信息。由于數(shù)據(jù)采集及傳輸涉及大量數(shù)據(jù),將耗費(fèi)較多的系統(tǒng)資源,因此在軟件結(jié)構(gòu)上分別被分配了一個(gè)獨(dú)立線程,實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)主控線程的異步并行協(xié)調(diào)運(yùn)行;圖5所示為針對(duì)不詞監(jiān)測(cè)對(duì)象系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控模塊功能結(jié)構(gòu)圖。
圖5系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控模塊功能結(jié)構(gòu)圖
系統(tǒng)采用層次化控制策略以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的快速響應(yīng)以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的合理利用。上述CNC系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中可視為一個(gè)智能體。機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中,CSC系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)并調(diào)整加工狀態(tài)。對(duì)于系統(tǒng)無(wú)法確認(rèn)并自主處理的信息,CNC系統(tǒng)將主動(dòng)向最近的診斷服務(wù)器發(fā)送診斷請(qǐng)求信息。如果得到響應(yīng),系統(tǒng)將按照診斷結(jié)果繼續(xù)執(zhí)行:否則,CNC將向上一級(jí)服務(wù)器繼續(xù)此流程。經(jīng)由企業(yè)內(nèi)部網(wǎng),系統(tǒng)按照車間級(jí)、工廠級(jí)及企亞級(jí)三級(jí)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)機(jī)制配置資源請(qǐng)求策略:同時(shí)經(jīng)由萬(wàn)維網(wǎng)實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)與世界范圍的遠(yuǎn)程終端的互聯(lián).以充分共享異地診斷專家的知識(shí),并方便用戶實(shí)現(xiàn)異地監(jiān)測(cè)。
3 結(jié)論
以并放式CNC為平臺(tái)構(gòu)建系統(tǒng)集成狀態(tài)監(jiān)測(cè)及元胞自調(diào)整策略為系統(tǒng)安全及加工優(yōu)化提供了一體化解決方案;功能基于網(wǎng)絡(luò)的層次化監(jiān)控機(jī)制合理利用網(wǎng)絡(luò)資源,并為遠(yuǎn)程監(jiān)側(cè)及診斷服務(wù)終端提供豐富的狀態(tài)信息。
核心關(guān)注:拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用,蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想,集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念,功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理,全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域,是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處:拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.ezxoed.cn/
本文標(biāo)題:基于網(wǎng)絡(luò)與狀態(tài)監(jiān)測(cè)的智能數(shù)控技術(shù)
本文網(wǎng)址:http://www.ezxoed.cn/html/support/11121510258.html