专利名称：具有故障诊断功能的现场总线数控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于工业控制领域中的数控装置故障诊断系统，特别是涉及一种具有故障诊断功能的现场总线数控系统。
背景技术：
当今，随着中国工业化进程的不断深入，制造业得到了快速发展，已成为我国的支柱产业。由于数控机床加工速度快，加工效率高，所以应用也越来越广泛。随之而来的就是大量的不同的数控系统的故障问题。及时、高效地维修这些故障就显得尤为重要。目前，都是依靠维修人员的经验进行维修，维修效率低，成本高。特别是，由于数控机床电器、电路结构复杂，故障源不易发现，也给维修带来了很大的困难。另一方面，由于数控软、硬件功能越来越复杂，系统软件的内部错误、系统硬件的故障以及系统软硬件之间的通讯故障也越来越复杂。这就需要一种能够收集系统故障，并能帮助系统操作者和维修人员快速排除故障 的系统，减少系统停机时间，减少经济损失。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种能够集成到数控系统内部的故障诊断单元，用于数控系统内外部故障的诊断。本实用新型的另一目的在于数控系统利用总线进行故障信息传递，获得完整的外部故障信息。本实用新型的又一目的在于利用知识库和实例库对数控系统内外故障进行诊断，帮助相关人员及时发现和排除故障。为了实现上述目的，本实用新型提供了一种具有故障诊断功能的现场总线数控系统，包括操作面板，其特征在于，还包括NCP单元、NCU单元；所述NCU单元连接所述NCP单元，并通过现场总线接口与外部伺服系统连接；所述NCP单元显示所述数控系统的故障信息及其诊断提示信息、诊断操作提示信息；所述NCU单元对所述现场总线接口传输的故障信息进行解析，得到故障信息对应的编码息；所述NCP单元提供知识库和实例库，根据所述NCU单元提供的编码信息，采用知识库诊断模式或实例库诊断模式对所述数控系统的故障进行诊断。所述的现场总线数控系统，其中，所述NCP单元进一步包括故障诊断单元，用于进行知识库诊断和实例库诊断。所述的现场总线数控系统，其中，所述故障诊断单元进行知识库诊断时，利用系统内已设定的知识进行故障推断，并进行故障诊断内容的搜索，得出故障诊断结果。所述的现场总线数控系统，其中，所述故障包括一般故障和致命故障，所述致命故障包括系统NCP错误、系统NCU错误、外部错误。[0013]所述的现场总线数控系统，其中，所述故障诊断单元对所述一般故障，根据所述编码信息进行编码查询，在知识库诊断模式下，查找相应的故障内容，并通过知识库设定的方法查询可能的故障位置；对所述致命故障，直接给出特定的故障部位及相应的故障排除方法。所述的现场总线数控系统，其中，所述故障诊断单元将知识库诊断的结果以数据库的形成进行存储，并通过实例库导入方式建立新的实例库。所述的现场总线数控系统，其中，所述故障诊断单元在进行实例库诊断时，通过特定的故障关键词进行故障诊断，按照实例库中故障出现的概率给出提示，逐级选择与当前故障相似的选项进行诊断，得到相应的诊断结果。所述的现场总线数控系统，其中，所述故障诊断单元进一步根据当前诊断数据建立新的实例库，便于相关故障的后期诊断。所述的现场总线数控系统，其中，还包括现场总线处理单元，连接所述NCU单元、所述伺服系统，用于提供所述现场总线接□。所述的现场总线数控系统，其中，所述NCP单元为NCP嵌入式计算机，所述NCU单元为NCU数控系统计算机。与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果在于I)能够快速进行故障诊断，并进行故障与诊断信息的保存；2)基于现场总线的系统构成形式灵活，便于进行外部驱动与I/O设备的扩展与故障信息传递；3)提供了两种故障诊断方法，能够适应各种复杂故障的诊断。
图I是本实用新型的数控系统连接结构图；图2是本实用新型的数控系统故障诊断结构图；图3是本实用新型的数控系统知识库故障诊断示意图；图4是本实用新型的数控系统诊断流程和数据保存方式示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。如图I所示，是本实用新型的数控系统连接结构图。数控系统100中的NCP单元20,NCU单元30通过网络41相连接，NCU单元30通过现场总线接口 42与伺服系统50相连接。数控系统100通过现场总线接口 42传输系统故障信息。对于一般故障，NCU单元20将现场总线接口 42传输的故障信息通过总线协议进行解析，得到故障信息对应的编码，以提供给NCP单元20中的故障诊断单元进行故障诊断之用。数控系统100能够有效地传递系统内外部故障信息(即内外部系统报警信息)，通过NCP单元20与相关人员进行交互和信息显示，提供故障诊断方法，提高数控系统100相关的故障诊断效率，快速排除故障。数控系统100具有知识库诊断和实例库诊断功能，同时实现故障诊断数据的传输，显示和保存，包括故障和诊断结果数据的读取、存储和显示。数控系统100具有知识库诊断和实例库诊断功能，包括故障数据在知识库诊断模式和实例库诊断模式下的诊断。如图2所示，是本实用新型的数控系统故障诊断结构图。数控系统100包括操作面板10、NCP单元20、NCU单元30、现场总线处理单元40。现场总线处理单元40，连接NCU单元30、伺服系统50，用于提供现场总线接口 42，并通过现场总线接口 42进行通信。现场总线处理单元40依据总线协议进行数控系统100的控制指令、位置指令和辅助信息的传递。 NCU单元30通过现场总线处理单元40提供的现场总线接口 42与伺服系统50相连接。NCP单元20是数控系统100的显示单元，提供了故障信息提示，故障信息的诊断提示，故障信息诊断操作提示，诊断结果的调取和保存等功能。NCU单元30是数控系统100的内核控制单元，用于将现场总线接口 42传输的故障信息通过总线协议进行解析，得到故障信息对应的编码，以提供给NCP单元20进行故障诊断之用。NCP单元20、NCU单元30分别通过外部电源供电。进一步地，NCP单元20为NCP嵌入式计算机，NCU单元30为NCU数控系统计算机。NCP单元20进一步包括故障诊断单元201，故障诊断单元201用于进行知识库诊断和实例库诊断。进一步地，故障诊断单元201还用于报警保存，历史显示，知识库维护，实例库导入等。伺服系统50与电机系统60通过电机与编码器联接装置进行连接。伺服系统50,用于将数控系统100的运动信号输出给电机系统60。电机系统60为数控系统100的运动单元。进一步地，伺服系统50为DS伺服系统，电机系统60为MORTOR电机系统。故障诊断单元201进行知识库和实例库诊断时是通过故障信息直接进行诊断。故障诊断单元201将知识库诊断的结果保存并导入到实例库，使其能够在实例库诊断中使用。如图3所示，是本实用新型的数控系统知识库故障诊断示意图。故障诊断单元201在进行知识库诊断时，利用系统内已设定的知识进行故障推断，进行故障诊断内容的搜索，得出故障诊断结果，诊断完成后可以将知识库诊断的结果以数据库的形式进行存储，并通过实例库导入方式建立新的实例库。进行知识库诊断时，故障分为一般故障和致命故障两类，故障诊断单元201通过识别故障的等级执行不同的知识库诊断功能。对于一般故障，NCU处理单元20将现场总线接口 42传输的故障信息通过总线协议进行解析，得到故障信息对应的编码，故障诊断单元201通过编码查询，在知识库诊断模式下，查找相应的故障内容，并通过知识库设定的方法查询可能的故障位置，并提示相关人员进行故障检查和进一步诊断。[0053]致命故障包括系统NCP错误、系统NCU错误、外部错误。对致命故障进行诊断时，故障诊断单元201不会做出故障检查和进一步诊断的提示，而是直接给出特定的故障部位，并给出相应的故障排除方法。故障诊断单元201不采用由内向外的原则进行诊断，采用由重要到一般的原则，优先处理致命故障信息。故障诊断单元201在进行实例库诊断时，通过特定的故障关键词进行故障诊断，按照实例库中故障出现的概率给出提示，相关人员通过逐级选择与当前故障相似的选项进行诊断，得到相应的诊断结果，并可依照当前诊断结果建立新的实例库，便于相关故障的后期诊断。本实用新型通过故障分级进行知识库诊断，通过可扩展的实例库进行特殊故障的处理与记录，能够按照故障问题的相关性进行快速诊断并给出提示，能够帮助系统操作者和维修人员快速排除故障的系统，减少系统停机时间，减少经济损失。 下面具体描述故障诊断单元201进行知识库诊断的过程一般地，数控系统100的故障诊断采用了基于故障树的判断方法，这一方法的核心是知识库的设计。数控系统100按照预先设定的知识库进行故障索引和诊断，给出故障提示和方法。知识库采用由内部向外部和基于重要指数的诊断方法。将这两种方法综合使用得到符合系统自身的故障诊断知识。从内部到外部诊断方法是指故障诊断单元201在进行故障诊断时，首先提示用户检查与系统运行相关的显示和状态，例如系统内核启动失败，程序错误等等。然后故障诊断单元201在检查系统显示界面相关的运行错误、系统内核与外部之间的通讯状态。在故障诊断单元201完成内部检测后，会给出系统外围的故障提示，如伺服系统与电机系统的状态故障，机床IO连接信号故障等。但是由里到外的诊断知识具有一定的缺陷，因为这一知识对于外部的紧急报警和故障不能及时响应，所以要提供一种从重要到一般的诊断方法与之相配合。有一些极端情况的报警对于数控系统100来说是需要优先响应的，比如伺服系统50上电失败报警等。这样的知识有利于用户及时发现关键问题，数控系统100能够果断采取应对措施，减小损失。设定一套系统故障诊断知识对于数控系统100诊断故障具有重要意义，有利于故障树诊断模式的软件开发，提高软件执行的效率和系统诊断正确率。下面进一步描述实例库的诊断过程由于基于知识的故障诊断远远不能满足复杂的数控系统与加工中的故障，大部分的故障还需要专业人员进行判断和维修。但是，由于维修人员数量少，工时成本较高，而且每名维修员并不能胜任所有的维修任务。这就需要数控系统100能够记录一些维修经验和过程，帮助各生产厂商能够自行完成一些维修任务，或是能够指导维修人员完成复杂的系统维修。如图4所示，是本实用新型的数控系统诊断流程和数据保存方式示意图。结合图
1、2、3，对图4中的数控系统诊断流程和数据保存方式进行描述。一般来说，数控系统100的故障诊断具有特殊性，一些常见故障也很类似，诊断经验和维修经验对于判断系统故障具有很强的指导意义。这就需要记录一些有价值的故障过程、方法和结果记录下来，以便以后出现类似故障时，故障诊断单元201能够快速判断关键故障，并给出解决方法。为了能够将有价值的知识库诊断和实例库诊断保存下来，本实用新型提供了一种将故障实例记录和存储在数控系统100中的方法。故障诊断单元201能够将知识库诊断的结果以数据库的形式存入故障诊断单元201内部，通过实例库导入的方式建立新的实例库。在成功进行故障诊断后，使用导入实例库功能可以将当前诊断数据存入故障诊断单元201的内置数据库中，得到新的实例库。另外，在实例库诊断模式下，故障诊断单元201能够提供将以数据库形式保存下来的知识库诊断结果导入到实例库中，生成新的实例库，便于相关故障以实例形式进行诊断。本实用新型提供了一种基于工业现场总线的具有故障诊断功能的数控系统，能够让机床操作人员或是维修人员及时有效地进行数控系统及其外部连接故障的诊断；数控系统能够获得外部故障信息，显示、存储系统故障信息；相关人员能够通过诊断系统提示的信息和操作进行故障诊断，建立故障诊断方案，及时排除故障，恢复系统运行。当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的 情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
权利要求1. 一种具有故障诊断功能的现场总线数控系统，包括操作面板，其特征在于，还包括NCP单元、NCU单元、现场总线处理单元；所述NCU单元连接所述NCP单元，并通过现场总线接口与外部伺服系统连接； 所述NCP单元显示所述数控系统的故障信息及其诊断提示信息、诊断操作提示信息；所述NCU单元对所述现场总线接口传输的故障信息进行解析，得到故障信息对应的编码息; 所述NCP单元根据所述NCU单元提供的编码信息，采用知识库诊断模式或实例库诊断模式对所述数控系统的故障进行诊断； 所述现场总线处理单元，连接所述NCU单元、所述伺服系统，用于提供所述现场总线接Π ； 所述NCP单元为NCP嵌入式计算机，所述NCU单元为NCU数控系统计算机。
专利摘要本实用新型公开了一种具有故障诊断功能的现场总线数控系统，包括操作面板、NCP单元、NCU单元；所述NCU单元连接所述NCP单元，并通过现场总线接口与外部伺服系统连接；所述NCP单元显示所述数控系统的故障信息及其诊断提示信息、诊断操作提示信息；所述NCU单元对所述现场总线接口传输的故障信息进行解析，得到故障信息对应的编码信息；所述NCP单元提供知识库和实例库，根据所述NCU单元提供的编码信息，采用知识库诊断模式或实例库诊断模式对所述数控系统的故障进行诊断。本实用新型实现数控系统内外部故障的知识库和实例库诊断，利用总线进行故障信息传递，获得完整的外部故障信息。
文档编号G05B19/406GK202615185SQ20112048988
公开日2012年12月19日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者王琦魁, 赵甫, 王清理, 李英, 李昕 申请人:中国航天科工集团第二研究院七O六所, 北京市爱威电子技术公司