一种基于倍福工业以太网的机床监测系统和方法与流程

本申请涉及工制造业的控制监测领域领域，尤其涉及一种基于倍福工业以太网的机床监测系统和方法。

背景技术：

在智能制造的大背景下，数控机床也逐渐向智能化的方向转变。数控机床在运行过程中产生大量的运行参数，有效的监测这些参数也成了智能机床需要具备的重要功能之一。目前数控系统可以对检测刀具运行的转速，力矩等参数，而对于机床外部的物理参数，例如温度、振动、声压等，一般采用多传感器进行采集，通过总线i/o单元，设置采样通道，将传感器数据采入数控系统。然而对于振动一类需要高采样频率的信号，其采样频率远高于总线通讯周期，不容易采集；此外由于传感器数目多，数据量大，数控系统的计算负荷也将随之加重。西门子eps是一个基于网络的数控机床监控与诊断服务平台。通过运行本地机床的固化程序，利用服务软件通过网络发送给远程诊断服务器，然后由专家对数据进行分析。其不足在于测试期间机床无法进行生产工作，影响工作效率。并且，实际生产线的运行策略通常为满负荷的，这种运维模式首先会对传统的维修时间进行挤压。发现故障后维修活动介入会对整个设备管理链路造成很大浪费。

综上所述，需要提供一种能够实时进行数据分析和采集高采样频率信号的不影响生产工作效率的机床监测系统和方法。

技术实现要素：

为解决以上问题，本申请提出了一种基于倍福工业以太网的机床监测系统和方法。

一方面，本申请提出一种基于倍福工业以太网的机床监测系统，包括：工控机模块和一个从站模块，其中，

工控机模块，与所述从站模块相连接，用于通过倍福工业以太网协议接收所述从站模块发送的第一数据，采集机床的第二数据，对所述第一数据和所述第二数据进行分析，得到机床运行状态；

从站模块，用于采集传感器监测到的数据，发送至所述工控机模块。

优选地，所述从站模块包括：

输入输出单元，用于对传感器的信号进行采集和调制，得到第一数据；

耦合器，用于对输入输出单元的发送的第一数据进行总线和以太网协议之间的转换，发送转换后的第一数据至工控机模块。

优选地，所述输入输出单元可以连接多个和/或多种传感器。

优选地，所述调制包括：滤波和/或去噪。

优选地，所述系统还包括与所述从站模块顺次连接的n个从站模块；所述n个从站模块中各从站模块的耦合器与连接工控机模块的从站模块的耦合器顺次连接。

优选地，所述工控机模块还用于，控制从站模块的数据采集频率，绘制所述第一数据的实时曲线图，将分析后得到的机床运行状态发送至机床，存储所述第一数据和所述第二数据。

优选地，所述第一数据为传感器采集到的机床数据；所述第二数据为机床的数控系统采集到的机床数据。

优选地，所述系统还包括传感器，用于采集机床的数据。

第二方面，本申请提出一种基于倍福工业以太网的机床监测方法，包括如下步骤：

从站模块采集传感器监测到的数据，发送至工控机模块；

工控机模块接收从站模块发送的第一数据，采集机床的第二数据；

对第一数据和第二数据进行分析，得到机床运行状态。

优选地，所述从站模块采集传感器监测到的数据，发送至工控机模块，包括：

输入输出单元对传感器的信号进行采集和调制，得到第一数据，发送至耦合器；

耦合器对接收到的第一数据进行总线和以太网协议之间的转换，发送转换后的第一数据至工控机模块。

本申请的优点在于：采用工控机模块能够实时分析接收到的数据，不影响生产工作效率；通过使用倍福工业以太网协议，能够采集高采样频率的信号发送至工控机模块。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选事实方案的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用同样的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本申请提供的一种基于倍福工业以太网的机床监测系统的示意图；

图2是本申请提供的一种基于倍福工业以太网的机床监测系统的从站模块示意图

图3是本申请提供的一种基于倍福工业以太网的机床监测系统与n个从站模块相连接的示意图；

图4是本申请提供的一种基于倍福工业以太网的机床监测系统从站模块的耦合器连接的示意图；

图5是本申请提供的一种基于倍福工业以太网的机床监测系统与机床数控系统的连接示意图；

图6是本申请提供的一种基于倍福工业以太网的机床监系统的流程示意图；

图7是本申请提供的一种基于倍福工业以太网的机床监测方法的步骤示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本申请的实施方式，提出一种基于倍福工业以太网的机床监测系统，如图1所示，包括：工控机模块和一个从站模块，其中，

工控机模块101，与所述从站模块相连接，用于通过倍福工业以太网协议接收所述从站模块发送的第一数据，采集机床的第二数据，对所述第一数据和所述第二数据进行分析，得到机床运行状态；

从站模块102，用于采集传感器监测到的数据，发送至所述工控机模块。所述从站模块通过网线与工控机模块相连接。

所述从站模块包括：

输入输出单元，用于对传感器的信号进行采集和调制，得到第一数据；

耦合器，用于对输入输出单元的发送的第一数据进行总线和以太网协议之间的转换，发送转换后的第一数据至工控机模块。

如图2所示，输入输出单元和传感器使用的为总线协议，从站模块中的耦合器将从输入输出单元接收到的第一数据转换为使用以太网协议(倍福以太网协议)的数据后，发送至工控机模块。

耦合器通过倍福工业以太网从站接口实现工控机模块与从站模块的数据交互功能。耦合器还可以连接多个输入输出单元，允许输入输出单元进行扩展。所述输入输出单元可以连接多个和/或多种传感器。

所述传感器包括：温度传感器、振动传感器和声压传感器等。

所述调制包括：滤波和/或去噪。

如图3所示，所述系统还包括与所述从站模块顺次连接的n个从站模块；如图4所示，所述n个从站模块中各从站模块的耦合器与连接工控机模块的从站模块的耦合器顺次连接。各从站模块的输入输出单元将与其相连接的传感器采集到的第一数据通过串联的耦合器发送至工控机模块。

所述工控机模块还用于，控制从站模块的数据(传感器采集到的第一数据)采集频率，绘制所述第一数据的实时曲线图，将分析后得到的机床运行状态发送至机床，存储所述第一数据和所述第二数据。

工控机模块通过从站模块中的耦合器，控制输入输出模块对第一数据进行采集和发送的频率。

如图5所示，工控机模块还能够通过倍福工业以太网协议与机床的数控系统进行交互。输入输出单元将与其相连接的传感器采集到的第一数据通过耦合器发送至工控机模块，工控机模块对第一数据和采集到的机床的第二数据进行分析，根据分析后得到的机床运行状态，控制机床的转速、转矩以及刀具的位置等加工状态，保证机床的加工精度。

机床运行状态根据第一数据和第二数据分析后得到，例如，根据噪声是否过大和/或主轴震动是否过大，分析判断机床是否存在故障情况，或可能存在故障情况。根据机床运行状态，控制机床的转速、转矩以及刀具的位置等加工状态，保证机床的加工精度，避免可能发生的故障，以及避免故障程度进一步增大。

所述故障情况包括：机械传动故障、齿轮故障和/或振动故障等。

通过工控机模块，可以设置从站模块的第一数据发送频率。

所述第一数据为传感器采集到的机床数据；所述第二数据为机床的数控系统采集到的机床数据。

所述系统还包括传感器，用于采集机床的数据。

如图6所示，系统软件运行在工控机模块上，首先初始化系统，初始化倍福工业以太网从站协议栈。当机床开始运转时，通过工控机模块设置从站模块对传感器数据(第一数据)进行采集的频率，按照时间对采集到的数据进行存储，同时可以将传感器数据进行实时的曲线绘制。从机床数控系统得到的机床加工运行数据，如刀具的转速和转矩的等数据(第二数据)与传感器测得的数据一同按照时间进行处理、分析和存储。加工状态的分析经由倍福工业以太网总线反馈至机床的数控系统，直至机床工作结束。

通过在机床外部布置振动、声压等传感器等获取机床刀具运行的物理特征，在机床内部通过调用机床的接口对刀具运行的主轴转速、力矩等内部特性进行监测。利用这种闭环在线监测的方式保证机床的精度，提高机床的效率。

根据本申请的实施方式，还提出一种经基于倍福工业以太网的机床监测方法，如图7所示，包括如下步骤：

s101，从站模块采集传感器监测到的数据，发送至工控机模块；

s102，工控机模块接收从站模块发送的第一数据，采集机床的第二数据；

s103，对第一数据和第二数据进行分析，得到机床运行状态。

所述从站模块采集传感器监测到的数据，发送至工控机模块，包括：

输入输出单元对传感器的信号进行采集和调制，得到第一数据，发送至耦合器；

耦合器对接收到的第一数据进行总线和以太网协议之间的转换，发送转换后的第一数据至工控机模块。

所述对第一数据和第二数据进行分析，还包括绘制所述第一数据的实时曲线图。

在所述对第一数据和第二数据进行分析，得到机床运行状态之后，还包括，将分析后得到的机床运行状态发送至机床的数控系统。

本申请的系统中，利用倍福工业以太网(beckhoffethercat)协议，针对数控机床，从内部运行参数和外部物理参数两方面来进行实时监测，该过程不影响数控机床的加工工作；使用工控机模块作为主站平台，能够实时分析接收到的数据，不影响生产工作效率；工控机作为一个控制过程中常用的运算处理核心，可以方便的利用机床的这些数据到其他控制回路中，例如由多个机床组成的生产线中，物料的运送和放置系统，甚至涉及到一些机械臂的运动控制，工控机模块作为系统的控制中心，可以实时的监控机床的运行状态；从站模块可以扩展，各从站模块的外部监测传感器的数目和类型可以扩展，方便全方位的获取外部监测数据；所述系统可根据机床的数控系统进行移植，不仅仅适用特定的机床，具有通用性。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。