運行可靠性的電火花加工加工中心監(jiān)控維護系統(tǒng)設(shè)計
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，如未有顯示請刷新或轉(zhuǎn)換瀏覽器嘗試，手機瀏覽可能無法正常使用！電火花加工加工中心使用過程中，某些電器元件或機械零部件可能出現(xiàn)損壞或故障，降低加工中心運行的可靠性。如何通過可靠性設(shè)計提升電器元件和機械零部件的應(yīng)用可靠性，預(yù)防各種故障，實現(xiàn)預(yù)測性維護保養(yǎng)，進而提高加工中心的無故障工作時間和使用壽命是可靠性工作尤其是運行可靠性工作的核心問題。張根保教援在他的文章中指出：加工中心運行因素引起的故障會占總故障的20%左右111。圖1為唐賢進學(xué)者獲得的某廠精工臥式加工中心的故障統(tǒng)計情況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)不當占比達18.09%。數(shù)據(jù)進一步說明，精工加工中心正確的維護保養(yǎng)對于加工中心的可靠性是至關(guān)重要的。2000年英國可靠性專家OtONNOR0指出：現(xiàn)有的可靠性研究局限于概率統(tǒng)計方法，闡述了在解決工程實際問題時容易產(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)測來確保系統(tǒng)可靠的運行，以減少故障，提高生產(chǎn)率。我國學(xué)者張根保0運用模糊集理論，建立了精工加工中心模糊可靠性分配指標體系和權(quán)重來解決傳統(tǒng)可靠性理論的缺陷；開發(fā)了用戶開機強制維護保養(yǎng)界面10,強制用戶在加工中心運行前對加工中心進行保養(yǎng)，提升運行可靠性。本文為提升電火花加工加工中心的運行可靠性,設(shè)計了加工中心監(jiān)控維護系統(tǒng)，對電火花加工加工中心本體、脈沖電源進行監(jiān)控和維護保養(yǎng)提醒;同時，針對監(jiān)控維護系統(tǒng)的應(yīng)用可靠性,對監(jiān)控主板接口電路進行了可靠性設(shè)計。1電火花加工加工中心監(jiān)控維護系統(tǒng)總體設(shè)計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)控維護系統(tǒng)需要依據(jù)加工中心狀態(tài)信息的實時采集、歷史維護數(shù)據(jù)等制定維護策略，并通過人機接口、蜂鳴器等方式預(yù)警，報警給操作和維護人員。如圖2所示，電火花加工加工中心監(jiān)控維護系統(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、GPS等加工中心工作環(huán)境信息;通過RS485總線實現(xiàn)各從設(shè)備監(jiān)控節(jié)點傳感器的分布式數(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)、維護提醒,也可以配置設(shè)備編號和遠程服務(wù)器地址。2主控制器硬件及接口可靠性設(shè)計圖3是電火花加工加工中心監(jiān)控維護系統(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，并且進行數(shù)據(jù)處理和維護策略等運算。協(xié)處理器MCU主要功能是讀取GPS數(shù)據(jù)、采集震動參數(shù)、進行智能電池電源管理等。主監(jiān)控CPU與協(xié)處理器MCU之間通過串口進行通訊。2.1網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計主控制器通過以太網(wǎng)上傳監(jiān)控數(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，通過接口可靠性設(shè)計提升監(jiān)控可靠性。圖4是設(shè)計的電火花加工加工中心監(jiān)控維護系統(tǒng)主控制器以太網(wǎng)接口的原理圖。在圖4a中，四對差分線阻抗控制為100 〇,通過1:1千兆變壓器隔離保護內(nèi)部電路;在圖4b中，在變壓器輸出到連接器之間通過TV S管及串接電阻實現(xiàn)對靜電和浪涌電流的吸收;在圖4C中，通過氣體放電管實現(xiàn)接口的雷擊防護。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)點往往在不同的位置，需通過現(xiàn)場總線將數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)街骺刂破鳎员銓崿F(xiàn)監(jiān)控和管理。RS485總線采用平衡發(fā)送和差動接收方式實現(xiàn)通信，具有很高的通信可靠性，同時因其簡單、成熟、低廉、便于維護等特點廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場中。本設(shè)計采用ADUM2587進行接口可靠性設(shè)計。ADUM2587 具有 2.5 kV mis 隔離電壓，±15 kVESD保護，開路、短路故障保護等特性，并集成隔離DCDC轉(zhuǎn)換器。利用ADUM2587的開路、短路故障保護功能，在單個設(shè)備節(jié)點出現(xiàn)異常時不會影響其他節(jié)點的通訊。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，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，誤認為RS485不需要信號地，認為節(jié)點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。因為接收端的共模電壓等于發(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線之間有一個確定的空閑電位。RS485總線只是定義了接口電平等物理層標準，上層協(xié)議尚需根據(jù)實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、長度碼、地址碼、命令碼、數(shù)據(jù)、校驗碼、尾碼等組成，協(xié)議不夠簡練。Mod-bus 協(xié)議以 其簡練 、開放 、成熟等特點 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功能：一是通過各傳感器及節(jié)點獲取加工中心實時狀態(tài)；二是對數(shù)據(jù)進行分析匯總，并在本地和遠端呈現(xiàn)給維護人員加工中心狀態(tài)和維護提醒。首先，系統(tǒng)上電后，進行初始化操作，主要包括設(shè)置通訊接口、定時器、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，包括節(jié)點數(shù)量、節(jié)點地址、節(jié)點通訊速率等內(nèi)容。從設(shè)備節(jié)點配置完成后，控制器開始對從設(shè)備節(jié)點進行掃描,并對獲取到的節(jié)點報文進行處理。控制器將來自服務(wù)器的報文分為服務(wù)器配置報文、服務(wù)器查詢報文、服務(wù)器維修知識庫更新報文三類:控制器接收從設(shè)備節(jié)點報文后，結(jié)合維護知識庫,執(zhí)行維護決策算法，并在HMI更新維護提醒。參見圖7所示程序流程圖。本控制器的設(shè)計中，控制器可以將狀態(tài)及維護信息上傳到遠端服務(wù)器；同時，控制器可以脫離服務(wù)器單獨運行,并通過HMI實時呈現(xiàn)加工中心狀態(tài)和維護提醒信息;控制器還可以根據(jù)掃描節(jié)點數(shù)的多少及故障狀態(tài)情況，自動配置節(jié)點、調(diào)整掃描時間間隔等，既降低了通信故障率，又可以通過提升故障掃描間隔來準確獲取故障狀態(tài)數(shù)據(jù),進而提高加工中心的可靠性與安全性。3.2控制器人機界面設(shè)計控制器的人機界面按照簡單可靠的原則進行設(shè)計。圖8界面主要包含加工中心監(jiān)控和維護兩個部分。系統(tǒng)分別對油泵、過濾系統(tǒng)、各核心模塊的溫濕度、各軸狀態(tài)進行實時監(jiān)控，并在監(jiān)控菜單顯示:系統(tǒng)依據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)及各模塊維護的歷史經(jīng)驗，制定維護策略,通過進度條直觀地顯示在維護菜單上。4結(jié)語(1) 為提升電火花加工加工中心的運行可靠性，本文設(shè)計了 _種電火花加工加工中心監(jiān)控維護系統(tǒng)，詳細討論了電火花加工加工中心監(jiān)控維護系統(tǒng)控制器的可靠性設(shè)計內(nèi)容和需要注意的問題。(2) 系統(tǒng)采用分布式總線實現(xiàn)控制器與節(jié)點、控制器與服務(wù)器的通訊，控制器可獨立工作，節(jié)點具有很強的容錯能力，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)計完成的電火花加工中心監(jiān)控維護系統(tǒng)控制器裝置，在A35精工電火花成形加工加工中心上進行了初步應(yīng)用和驗證，達到了的預(yù)期的目的。本文對電火花加工加工中心的運行可靠性工作進行了初步的探討，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)化維護策略，進而更好地提升電火花加工加工中心的運行可靠性。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、石墨機、五軸加工中心、立式加工中心、臥式加工中心等。我們機床的生產(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，本站不承擔任何法律責(zé)任！