面向网络化实时监控的数控机床加工过程参数采集方法
【专利摘要】本发明涉及面向网络化实时监控的数控机床加工过程参数采集方法，该方法基于一台服务器是实现对多台不同控制系统类型、不同的通讯接口方式的数控机床的加工状态的网络化实时监控，并能够基于特定后处理格式的NC程序和规则的程序名称完成包含FANUC、SIEMENS、HEIDENHAIN系统机床的工艺过程参数的实时采集和记录，实现了工艺过程参数在流程中自动传递、存储和重用，该方法具有实时性、直观性、完整性和准确性等特点，基于航天器产品数控加工流程和规范化数控程序格式，完成了对数控机床设备状态的实时监控、基于报警编号的自动匹配的报警信息全显示以及对工艺过程参数的自动存储、传递和重用，并基于此完成对数字化车间信息系统的集成应用。
【专利说明】面向网络化实时监控的数控机床加工过程参数采集方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及面向网络化实时监控的数控机床加工过程参数采集方法，属于数字化 制造【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 在当今激烈的制造业全球竞争中，如何科学地安排生产计划，最大程度地发挥制 造设备的利用率显得越来越重要。此外，工艺技术的改进往往建立在对工艺数据库中大量 一手制造现场数据的统计分析基础上，而这些数据的准确获取一直是一个瓶颈问题。长期 以来，车间缺乏一种有效的监控手段，主要靠现场巡查、电话联系、人工记录等传统的人工 方式了解机床运行状况，缺乏实时性和直观性，而且依靠人力进行手工记录不仅会耗费大 量的人力及时间成本，而且难以保证所记录工艺数据的准确及完整性。
[0003] 目前，车间对特定零件在不同的机床上，使用不同的刀具和工艺方案所采用切削 参数大多是凭借工人的经验确定，即便是经过切削试验试切后确定下来的合理的切削参数 在后续的加工中的继承和重用也缺乏较好的参数传递手段和规范化的管理方法，经验数据 对人员的依赖性较强，现场数据记录停留、散落于不同人员的记录本中、甚至无相关的记 录，数据的可追溯性较差。
[0004] 通过在数控车间安装高清摄像头的方式可以实时图像采集车间设备和人员的运 转情况，借助于一定的采集器和采集软件可以实现对设备的运转情况进行实时采集，但仍 然存在以下问题：
[0005] (1)图像采集的方式存储采集数据量大，采集的数据多为表层数据，无法采集到控 制器的内在运行信息。
[0006] (2)现有的采集方法兼容性较差，无法涵盖所有的控制系统不同接口类型的数控 机床，无法实现对车间设备的全面规范化管理。
[0007] (3)现有的采集方法对机床的运行状态的判断仅限于主轴的转动，对其他状态的 评判也比较局限，无法配置适应不同类型的机床状态判断规则。
[0008] (4)现有的采集方法基于API读取不同机床的报警信息，受CNC系统、API系统以 及操作系统等的语言环境的影响，容易产生不可逆转的乱码现象。
[0009] (5)现有的采集方法无法实现对产品的加工状态信息（产品代号、程序号、刀具 号、设定的主轴转速和进给、转速倍率、进给倍率和切削加工时间）的实时采集，产品的加 工计划完成情况无法基于采集数据实时评估，采集系统与数字化车间信息系统间集成较为 困难。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供面向网络化实时监控的数控机 床加工过程参数采集方法，该采集方法基于航天器产品数控加工流程和规范化数控程序格 式，完成了对数控机床设备状态的实时监控、基于报警编号的自动匹配的报警信息全显示 以及对工艺过程参数的自动存储、传递和重用，并基于此完成对数字化车间信息系统的集 成应用，具有实时性、直观性、完整性和准确性等优点。
[0011] 本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
[0012] 面向网络化实时监控的数控机床加工过程参数采集方法，包括如下步骤：
[0013] 步骤（一）、建立参数采集系统，所述参数采集系统包括两组数控机床、智能采集 终端、交换机、防火墙、监控端、服务器、客户端；其中第一组数控机床为不包含机床数据采 集通信协议或不包含RJ45接口的机床，第二组数控机床为包含机床数据采集通信协议和 包含RJ45接口的机床；
[0014] 步骤（二）、将第一组数控机床与智能采集终端连接，智能采集终端的RJ45接口与 交换机连接入车间局域网，其中将第一组数控机床与智能采集终端连接的具体方法如下：
[0015] (1)、将第一组数控机床的报警信号和运行信号从数控机床电柜继电器的常开点 或PLC输出模块输出给智能采集终端，智能采集终端上电与否作为第一组数控机床的待机 信号，即若智能采集终端未上电则表明第一组数控机床处于关机状态，若智能采集终端上 电则表明第一组数控机床处于开机状态，若所述第一组数控机床处于待机状态，第一组数 控机床的报警信号和运行信号从第一组数控机床电柜的PLC输出模块上引出电压信号，并 分别与第一组数控机床的三色灯信号对应，红灯定义为机床的报警信号，绿灯定义为运行 信号，黄灯为待机信号，报警信号优先于运行信号，运行信号优先于待机信号；
[0016] (2)、在第一组数控机床的主轴电机电源线上安装感应线圈，通过如下公式计算得 到第一组数控机床主轴的实际输出功率
【权利要求】
1.面向网络化实时监控的数控机床加工过程参数采集方法，其特征在于：包括如下步 骤： 步骤（一）、建立参数采集系统，所述参数采集系统包括两组数控机床、智能采集终端、 交换机、防火墙、监控端、服务器、客户端；其中第一组数控机床为不包含机床数据采集通 信协议或不包含RJ45接口的机床，第二组数控机床为包含机床数据采集通信协议和包含 RJ45接口的机床； 步骤（二）、将第一组数控机床与智能采集终端连接，智能采集终端的RJ45接口与交换 机连接入车间局域网，其中将第一组数控机床与智能采集终端连接的具体方法如下： (1) 、将第一组数控机床的报警信号和运行信号从数控机床电柜继电器的常开点或PLC 输出模块输出给智能采集终端，智能采集终端上电与否作为第一组数控机床的待机信号， 即若智能采集终端未上电则表明第一组数控机床处于关机状态，若智能采集终端上电则表 明第一组数控机床处于开机状态，若所述第一组数控机床处于待机状态，第一组数控机床 的报警信号和运行信号从第一组数控机床电柜的PLC输出模块上引出电压信号，并分别与 第一组数控机床的三色灯信号对应，红灯定义为机床的报警信号，绿灯定义为运行信号，黄 灯为待机信号，报警信号优先于运行信号，运行信号优先于待机信号； (2) 、在第一组数控机床的主轴电机电源线上安装感应线圈，通过如下公式计算得到第 一组数控机床主轴的实际输出功率:
其中： Ρ?κ为第一组数控机床主轴的额定输出功率； 为第一组数控机床主轴的额定电压值； 为过感应线圈的感应电流的实际值； 为额定电压下感应线圈的感应电流额定值； :额定电压下的电流额定值； n :1雜_额定和I额定的换算常数； k:感应线圈圈数的关联系数； 步骤（三）、将第二组数控机床与交换机连接，并进行配置，所述第二组数控机床根据 包含的机床数据采集通信协议分为三种，分别为包含FOCAS协议的FANUC Oi及以上系统机 床、包含iTNC530协议的HEIDENHAIN系统机床和包含OPC协议的SIEMENS 840D系统机床， 具体的配置方法如下： (1) 、对FANUC系统机床设置CNC的IP地址、子网掩码、通信端口信息； (2) 、对SIEMENS 840D系统机床配置OPC下的三个组件的用户读取权限； (3) 、对HEIDENHAIN系统机床配置SIK页面中#18号参数，开放"分布式数字控制"功 能，同时开启"外部访问"功能； 步骤（四）、在服务器端上建立表格形式的数据库，建立包含机床的机床编号、机床名 称、设备代码、控制系统类型、采集类型、IP地址、端口号、操作模式、采集公式、设备位置、主 轴功率字段、运行状态的机床基础数据表单；在客户端界面上为所述机床基础数据表单录 入数据并存入数据库中；所述运行状态中〇为关机、1为待机、2为运行、3为报警； 步骤（五）、分别基于HEIDENHAIN SDK软件开发包、FANUC系统的FOCAS数据包、 SIEMENS系统OPC二次开发包和智能采集终端的开发包，建立机床的监控端，获得机床的底 层状态信息，监控端的具体实现过程如下： (5. 1)分别调用所述四个开发包的连接函数，建立第一数控机床、第二数控机床与服 务器的连接，并获得句柄值，所述连接函数分别包含机床的IP地址、端口号Port、溢出时间 Timeout、句柄值； (5.2)新建变量R，将所述步骤（二）获得的第一组数控机床的三色灯信号和第一组数 控机床主轴的实际输出功率存入变量R中；将第二组数控机床通过所述三种开发包的 库函数获得机床的操作模式、程序处理状态、实际转速值、实际进给值、主轴功率值、坐标值 信息、程序号存入变量R中； (5. 3)调用释放句柄函数断开第一或第二数控机床和服务器的连接； (5. 4)每隔时间t重复步骤（5. 1)?（5. 3)，将得到的新的机床状态信息替换原先的状 态存入变量R中，所述时间t为设定时间； (5. 5)根据客户端录入的采集公式，对第二组数控机床的运行状态做判断，当机床的操 作模式变量值为"MDA或者AUT0"，并且程序处理状态为"进行中"时，或者操作模式变量值 为"JOG"并且实际转速值S > 0且实际进给值F < 0时，即将服务器数据库中第二组数控 机床的运行状态写为2,待机状态通过ping指令返回的网络状态判断，报警状态通过库函 数中的报警函数返回的1或0来判断，当返回1时将机床的报警编号存入变量alarm，同时 记录所述报警的开始和结束时间； (5. 6)将第一组数控机床和第二组数控机床的运行状态存入所述步骤（四）的机床基 础数据表单中对应的IP地址的机床数据库中； 步骤（六）、在客户端建立一个实时监控电子查看板界面，实时显示机床的运行状态。
2. 根据权利要求1所述的面向网络化实时监控的数控机床加工过程参数采集方法，其 特征在于：所述步骤（六）中所述电子查看板界面左侧显示为机床名称标签，机床的名称标 签对应机床的IP地址，依次设定机床关机、运行、待机、报警状态四个标签为机床的4个状 态标签，平行排列各个机床的名称和4个状态标签；机床的运行状态为0时，关机高亮显示， 机床的运行状态为1时，待机高亮显示，机床的运行状态为2时，运行高亮显示，机床的运行 状态为3时，报警1?壳显不。
3. 根据权利要求1所述的面向网络化实时监控的数控机床加工过程参数采集方法，其 特征在于：所述步骤（六）中在电子查看板界面查看电子布局图实时显示机床的运行状态， 所述电子布局图是在一张静态的车间布局图上放置不同的机床位图动态显不机床的实时 状态，具体方法如下： (1) 、绘制一张包含所述第一组数控机床和第二组数控机床的静态车间布局图； (2) 、在每个机床相应的位置上重叠放置4张分别为红色、绿色、黄色、灰色的机床位 图，分别对应该IP地址的机床的报警、运行、待机、关机4个状态； (3) 、记录该IP地址的机床位图中心位置的坐标值存入变量pos ; (4) 、如果该IP地址的机床状态为运行，则绿色图片显示，其他图片隐藏，为运行状态， 状态变化时，4张图片的状态轮动； (5) 、机床的位置移动时，4张图片同时移动，并记录该新位置的坐标值，替换入变量 P〇s，该处图片IP地址不变，对应的状态为该新位置的实时机床状态。
4. 根据权利要求1所述的面向网络化实时监控的数控机床加工过程参数采集方法，其 特征在于：所述步骤（5.5)中对第二组数控机床，基于获取的报警编号和数据库中的报警 表的报警编号的匹配查询获得完整的报警信息，其具体实现方法如下： (1) 、在客户端录入每个IP地址对应的机床报警编号、报警内容，并存入数据库报警表 中； (2) 、对报警表中的每个IP地址对应的机床按报警编号升序排列； (3) 、将步骤（5. 5)获得的报警编号、依次存入一张该机床IP地址对应链表中； (4) 、在客户端触发一个显示实时报警指令； (5) 、将链表中的报警编号和报警表中对应的机床的报警编号依次比较，若小于报警表 中的编号，则继续往后查询，直到查询到等于报警表中的报警编号； (6) 、通过数据库的SELECT和WHERE指令将报警表中对应该报警编号机床的IP地址、 机床名称、报警内容、报警的开始和结束时间显示在客户端； (7) 、重复步骤（5)、￠)，直到链表中所有的报警编号查询到，同时将所有查询到的报警 编号从链表中删除； (8) 、若在报警表中未查询到该报警编号，则将该报警编号、报警内容存入数据库中的 报警表中； (9) 、在客户端再次触发一个显示实时报警指令时，重复步骤（5)?（8)。
5. 根据权利要求1所述的面向网络化实时监控的数控机床加工过程参数采集方法，其 特征在于：所述步骤（5. 2)中将第一组数控机床的三色灯信号存入变量R的具体方法为： 读取智能采集终端上内存地址段中PLC信号传递过来的三色灯的1或0值，分别对应第一 组数控机床的三个状态，并将其存入变量R。
【文档编号】G05B19/406GK104298173SQ201410505522
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】李星, 张加波, 张斌, 李晓星, 梁岩里, 刘从华, 李群, 王文明 申请人:北京卫星制造厂