運(yùn)行可靠性的電火花加工加工中心監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
海天精工 加工中心 鉆攻中心前言：海天精工 備注：為保證文章的完整度，本文核心內(nèi)容都PDF格式顯示，如未有顯示請(qǐng)刷新或轉(zhuǎn)換瀏覽器嘗試，手機(jī)瀏覽可能無法正常使用！電火花加工加工中心使用過程中，某些電器元件或機(jī)械零部件可能出現(xiàn)損壞或故障，降低加工中心運(yùn)行的可靠性。如何通過可靠性設(shè)計(jì)提升電器元件和機(jī)械零部件的應(yīng)用可靠性，預(yù)防各種故障，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)保養(yǎng)，進(jìn)而提高加工中心的無故障工作時(shí)間和使用壽命是可靠性工作尤其是運(yùn)行可靠性工作的核心問題。張根保教援在他的文章中指出：加工中心運(yùn)行因素引起的故障會(huì)占總故障的20%左右111。圖1為唐賢進(jìn)學(xué)者獲得的某廠精工臥式加工中心的故障統(tǒng)計(jì)情況0。從圖可以看出，加工中心使用過程中引發(fā)的故障占58.73%,其中保養(yǎng)不當(dāng)占比達(dá)18.09%。數(shù)據(jù)進(jìn)一步說明，精工加工中心正確的維護(hù)保養(yǎng)對(duì)于加工中心的可靠性是至關(guān)重要的。2000年英國(guó)可靠性專家OtONNOR0指出：現(xiàn)有的可靠性研究局限于概率統(tǒng)計(jì)方法，闡述了在解決工程實(shí)際問題時(shí)容易產(chǎn)生誤導(dǎo)和無效的原因。2009年[1]意大利學(xué)者Z10a提出：利用狀態(tài)監(jiān)測(cè)來確保系統(tǒng)可靠的運(yùn)行，以減少故障，提高生產(chǎn)率。我國(guó)學(xué)者張根保0運(yùn)用模糊集理論，建立了精工加工中心模糊可靠性分配指標(biāo)體系和權(quán)重來解決傳統(tǒng)可靠性理論的缺陷；開發(fā)了用戶開機(jī)強(qiáng)制維護(hù)保養(yǎng)界面10,強(qiáng)制用戶在加工中心運(yùn)行前對(duì)加工中心進(jìn)行保養(yǎng)，提升運(yùn)行可靠性。本文為提升電火花加工加工中心的運(yùn)行可靠性,設(shè)計(jì)了加工中心監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)，對(duì)電火花加工加工中心本體、脈沖電源進(jìn)行監(jiān)控和維護(hù)保養(yǎng)提醒;同時(shí)，針對(duì)監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用可靠性,對(duì)監(jiān)控主板接口電路進(jìn)行了可靠性設(shè)計(jì)。1電火花加工加工中心監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)電火花加工加工中心主要包含加工中心本體、精工系統(tǒng)、脈沖電源、工作液系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)等部分。監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)需要依據(jù)加工中心狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)采集、歷史維護(hù)數(shù)據(jù)等制定維護(hù)策略，并通過人機(jī)接口、蜂鳴器等方式預(yù)警，報(bào)警給操作和維護(hù)人員。如圖2所示，電火花加工加工中心監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)包含主控制器和從設(shè)備兩部分。主控制器采集溫濕度、高度、震動(dòng)、GPS等加工中心工作環(huán)境信息;通過RS485總線實(shí)現(xiàn)各從設(shè)備監(jiān)控節(jié)點(diǎn)傳感器的分布式數(shù)據(jù)采集;通過以太網(wǎng)或者無線網(wǎng)絡(luò)與精工系統(tǒng)和服務(wù)器進(jìn)行通訊。主控制器的液晶屏可以顯示這些從設(shè)備采集的數(shù)據(jù)、維護(hù)提醒,也可以配置設(shè)備編號(hào)和遠(yuǎn)程服務(wù)器地址。2主控制器硬件及接口可靠性設(shè)計(jì)圖3是電火花加工加工中心監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)主控制器硬件框圖。控制器采用具有高性能、低功耗、多接口的ARMCortex-A8內(nèi)核微處理器作為主處理器，協(xié)處理器采用超低功耗ARMCortex-M3微處理器。主監(jiān)控CPU主要功能是進(jìn)行電壓、電流、溫度、高度等數(shù)據(jù)的采集和通過以太網(wǎng)或者3G無線網(wǎng)絡(luò)與精工系統(tǒng)通訊，并且進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和維護(hù)策略等運(yùn)算。協(xié)處理器MCU主要功能是讀取GPS數(shù)據(jù)、采集震動(dòng)參數(shù)、進(jìn)行智能電池電源管理等。主監(jiān)控CPU與協(xié)處理器MCU之間通過串口進(jìn)行通訊。2.1網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)主控制器通過以太網(wǎng)上傳監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用千兆以太網(wǎng)接口，充分考慮傳輸帶寬的同時(shí)，通過接口可靠性設(shè)計(jì)提升監(jiān)控可靠性。圖4是設(shè)計(jì)的電火花加工加工中心監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)主控制器以太網(wǎng)接口的原理圖。在圖4a中，四對(duì)差分線阻抗控制為100 〇,通過1:1千兆變壓器隔離保護(hù)內(nèi)部電路;在圖4b中，在變壓器輸出到連接器之間通過TV S管及串接電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)靜電和浪涌電流的吸收;在圖4C中，通過氣體放電管實(shí)現(xiàn)接口的雷擊防護(hù)。2.2控制器RS485接口主控制器與加工中心的傳感器及采集節(jié)點(diǎn)往往在不同的位置，需通過現(xiàn)場(chǎng)總線將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街骺刂破鳎员銓?shí)現(xiàn)監(jiān)控和管理。RS485總線采用平衡發(fā)送和差動(dòng)接收方式實(shí)現(xiàn)通信，具有很高的通信可靠性，同時(shí)因其簡(jiǎn)單、成熟、低廉、便于維護(hù)等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中。本設(shè)計(jì)采用ADUM2587進(jìn)行接口可靠性設(shè)計(jì)。ADUM2587 具有 2.5 kV mis 隔離電壓，±15 kVESD保護(hù)，開路、短路故障保護(hù)等特性，并集成隔離DCDC轉(zhuǎn)換器。利用ADUM2587的開路、短路故障保護(hù)功能，在單個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)異常時(shí)不會(huì)影響其他節(jié)點(diǎn)的通訊。圖5為其典型電路原理圖。據(jù)此，并充分考慮可靠性設(shè)計(jì)，主控制器的RS485電路原理圖優(yōu)化為如圖6a所示。圖6b中J24的1腳為主控制器的接口地。RS485的接地問題常常被忽視，誤認(rèn)為RS485不需要信號(hào)地，認(rèn)為節(jié)點(diǎn)間只需要一根雙絞線將A、B端連接起來就可以了。雖然這種方式在某些情況下也可以工作，但RS485的收發(fā)器只有在共模電壓不超出-7 ~ +12V的條件下才能正常工作。因?yàn)榻邮斩说墓材ｋ妷旱扔诎l(fā)送端的共模電壓加上地電位差，若兩端接地線未連接，共模電壓可能超出上述正常工作范圍，進(jìn)而影響通信的可靠性，甚至損壞接口 63。因此，采用低阻的信號(hào)線或屏蔽層將兩端接口的工作地連接起來，使地電位差為零，是總線通訊可靠性設(shè)計(jì)不可或缺的根據(jù)傳輸線理論，在RS485網(wǎng)絡(luò)的兩端加入終端電阻（圖6b的R99)來吸收網(wǎng)絡(luò)上的反射干擾。RS485總線處于空閑狀態(tài)，需要有上拉電阻（圖6b的R85)和下拉電阻（圖6b的R86)來確保A、B線之間有一個(gè)確定的空閑電位。RS485總線只是定義了接口電平等物理層標(biāo)準(zhǔn)，上層協(xié)議尚需根據(jù)實(shí)際工程的需要來定義。通常數(shù)據(jù)包協(xié)議格式由引導(dǎo)碼、長(zhǎng)度碼、地址碼、命令碼、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)碼、尾碼等組成，協(xié)議不夠簡(jiǎn)練。Mod-bus 協(xié)議以 其簡(jiǎn)練 、開放 、成熟等特點(diǎn) 在工控 、水 文、電力等行業(yè)的設(shè)備及系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。本文采用Modbus協(xié)議來進(jìn)行主設(shè)備和各從設(shè)備之間的通信。3電火花加工加工中心監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)軟件開發(fā)3.1主控制器程序流程主控制器主要完成兩個(gè)功能：一是通過各傳感器及節(jié)點(diǎn)獲取加工中心實(shí)時(shí)狀態(tài)；二是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析匯總，并在本地和遠(yuǎn)端呈現(xiàn)給維護(hù)人員加工中心狀態(tài)和維護(hù)提醒。首先，系統(tǒng)上電后，進(jìn)行初始化操作，主要包括設(shè)置通訊接口、定時(shí)器、開門狗、傳感器等內(nèi)容。初始化完成后，主控制器配置從設(shè)備節(jié)點(diǎn)，包括節(jié)點(diǎn)數(shù)量、節(jié)點(diǎn)地址、節(jié)點(diǎn)通訊速率等內(nèi)容。從設(shè)備節(jié)點(diǎn)配置完成后，控制器開始對(duì)從設(shè)備節(jié)點(diǎn)進(jìn)行掃描,并對(duì)獲取到的節(jié)點(diǎn)報(bào)文進(jìn)行處理。控制器將來自服務(wù)器的報(bào)文分為服務(wù)器配置報(bào)文、服務(wù)器查詢報(bào)文、服務(wù)器維修知識(shí)庫更新報(bào)文三類:控制器接收從設(shè)備節(jié)點(diǎn)報(bào)文后，結(jié)合維護(hù)知識(shí)庫,執(zhí)行維護(hù)決策算法，并在HMI更新維護(hù)提醒。參見圖7所示程序流程圖。本控制器的設(shè)計(jì)中，控制器可以將狀態(tài)及維護(hù)信息上傳到遠(yuǎn)端服務(wù)器；同時(shí)，控制器可以脫離服務(wù)器單獨(dú)運(yùn)行,并通過HMI實(shí)時(shí)呈現(xiàn)加工中心狀態(tài)和維護(hù)提醒信息;控制器還可以根據(jù)掃描節(jié)點(diǎn)數(shù)的多少及故障狀態(tài)情況，自動(dòng)配置節(jié)點(diǎn)、調(diào)整掃描時(shí)間間隔等，既降低了通信故障率，又可以通過提升故障掃描間隔來準(zhǔn)確獲取故障狀態(tài)數(shù)據(jù),進(jìn)而提高加工中心的可靠性與安全性。3.2控制器人機(jī)界面設(shè)計(jì)控制器的人機(jī)界面按照簡(jiǎn)單可靠的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖8界面主要包含加工中心監(jiān)控和維護(hù)兩個(gè)部分。系統(tǒng)分別對(duì)油泵、過濾系統(tǒng)、各核心模塊的溫濕度、各軸狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并在監(jiān)控菜單顯示:系統(tǒng)依據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及各模塊維護(hù)的歷史經(jīng)驗(yàn)，制定維護(hù)策略,通過進(jìn)度條直觀地顯示在維護(hù)菜單上。4結(jié)語(1) 為提升電火花加工加工中心的運(yùn)行可靠性，本文設(shè)計(jì)了 _種電火花加工加工中心監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)，詳細(xì)討論了電火花加工加工中心監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)控制器的可靠性設(shè)計(jì)內(nèi)容和需要注意的問題。(2) 系統(tǒng)采用分布式總線實(shí)現(xiàn)控制器與節(jié)點(diǎn)、控制器與服務(wù)器的通訊，控制器可獨(dú)立工作，節(jié)點(diǎn)具有很強(qiáng)的容錯(cuò)能力，有效地提高系統(tǒng)的可靠性、安全性。(3) 圖9是本文依據(jù)上述研究設(shè)計(jì)完成的電火花加工中心監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)控制器裝置，在A35精工電火花成形加工加工中心上進(jìn)行了初步應(yīng)用和驗(yàn)證，達(dá)到了的預(yù)期的目的。本文對(duì)電火花加工加工中心的運(yùn)行可靠性工作進(jìn)行了初步的探討，拋磚引玉，希望引起業(yè)界學(xué)者的關(guān)注，后續(xù)工作還需積累更多的加工中心數(shù)據(jù),優(yōu)化維護(hù)策略，進(jìn)而更好地提升電火花加工加工中心的運(yùn)行可靠性。海天精工是一家集銷售、應(yīng)用及服務(wù)于一體的公司。產(chǎn)品包括：CNC加工中心、鉆攻中心、龍門加工中心、雕銑機(jī)、石墨機(jī)、五軸加工中心、立式加工中心、臥式加工中心等。我們機(jī)床的生產(chǎn)工廠設(shè)在廣東省寧波市，目前其生產(chǎn)的加工中心70%出口，其中出口到歐洲占到50%。我們盡心、盡力、盡意的服務(wù)！聲明：本站文章均來自網(wǎng)絡(luò)，所有內(nèi)容不代表本站觀點(diǎn)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任！