基于B/S模式的數控機床主軸遠程故障診斷系統研究

劉 勇，吳 磊，程國飛

（中山火炬職業技術學院光機電工程系，廣東中山528436）

數控機床是制造企業生產線上的關鍵設備，而其主軸系統，則是關鍵零部件。由于其技術密集和知識密集的特點，如果發生故障，通常都是由機床制造廠商或者相關維修專家檢測、診斷和維修，現場工作人員和技術人員通常無力解決。在現有的條件下，機床制造廠商的專業技術人員和相關專家如果親臨現場診斷維修，必然會增加各方面的費用，同時也延誤了生產企業的加工生產，降低了生產效率，增加了企業生產經營成本。

近年來，隨著計算機和網絡等相關技術的發展和推廣，網絡安全、網絡速度、計算機硬件以及網絡應用軟件等方面，都取得了長足的進步，從而為各行業應用互聯網實現行業技術推廣和應用提供了堅實的基礎。為了解決機床維修成本高、效率低的問題，李鵬南[1]、張書誠[2]等人先后提出了數控機床應用Internet實施遠程故障診斷方案。

針對上述行業發展現狀，本文提出了基于B/S模式的數控機床主軸遠程故障診斷系統。本系統通過搭建面向生產制造的數控機床主軸遠程故障診斷服務平臺，以有償服務的方式向行業內企業提供信息業務的外包服務，建立了一種利用計算機信息技術的機床主軸診斷系統，來彌補傳統故障維修技術的不足。系統通過網絡客戶端的傳感檢測設備采集信號，一旦出現故障，及時將信號傳遞給本系統，系統對信號進行分析，給出建設性的解決方案。

1 基于B/S模式的遠程故障診斷系統總體框架

1.1 基于B/S的三層系統模型

系統采用 B/S（Browser/Server）三層體系結構[3~5]，即表示層、邏輯層和數據層，整個系統組織如圖1所示。表示層，即用戶瀏覽器所能瀏覽到的網絡頁面，其負責處理用戶設計參數輸入和設計結果顯示；邏輯層，即應用服務器層，是整體系統的核心，采用微軟IIS技術構建，其根據用戶的請求，進行后臺運算；數據層負責數據的存儲和顯示等操作。

B/S模式簡化了客戶端負荷，只需裝上瀏覽器作為客戶端的運行平臺，把原來在客戶機一側的應用程序模塊放到應用服務器上單獨組成一層，從而大大減輕了客戶機的壓力。用戶使用瀏覽器上網，向應用服務器發送請求，查詢數據庫，執行應用程序，并將結果信息組織成超文本標記語言頁面發送給用戶。這種模式克服了C/S二層結構負荷不均勻的弊端，具有易于維護和升級、用戶界面具備一致性和友好性、操作使用方便、應用程序開發與管理成本低等優點，是開發遠程設計服務系統的最佳模式。

圖1 系統B/S結構圖

1.2 遠程故障診斷系統結構設計

系統模型結構如圖2所示，系統主要包括數控機床主軸故障信息采集系統、網絡數據傳輸和遠程故障診斷三大模塊。

圖2 數控機床主軸遠程故障診斷系統結構圖

故障信息采集系統主要借助安裝在數控機床主軸上的各種傳感器，采集設備上的狀態信息，如轉速、振動頻率等信息。Web網絡是連接用戶與故障診斷系統的橋梁。此外，還可以連接不同地點的專家，通過視頻會議等方式，對機床主軸系統進行聯合診斷，極大的提高了診斷效率。

數控機床主軸遠程故障診斷系統結構如圖3所示，主要有系統管理模塊、故障診斷模塊、專家系統模塊、數據庫模塊、在線幫助模塊和系統安全模塊。

圖3 系統模塊結構圖

（1）系統管理模塊。負責系統配置、安全管理。模塊實現企業用戶的注冊、登陸、修改、注銷；同時要完成用戶權限的分配、設計過程的全程監控管理等功能。

（2）故障診斷模塊。對系統接收的遠程信號進行分析診斷，給出診斷結論，提出建設性維修意見。

（3）專家系統模塊。將機床主軸系統常用的故障診斷方法和經驗，轉化為一定規則解釋，貯存于系統之中，同時將典型的數控機床主軸故障及其維修方法，也保存在專家系統模塊。

（4）數據庫模塊。數據庫主要包括以下內容：

第一，保存遠程客戶提供的注冊信息、請求指令和任務數據等；

第二，保存采集到的客戶端信號以及故障診斷結論，供遠程用戶查看、下載；

第三，保存系統常用的公用數據。數據庫模塊和其它模塊實時、動態連接，對系統起到重要的支撐作用。

（5）在線幫助模塊。系統會在用戶提供設計參數會提供在線幫助功能，使用戶能夠方便、快捷得使用本系統。

（6）網絡安全模塊。此模塊作用使防止注冊或非注冊客戶的惡意或無意的攻擊，以保證系統的安全可靠運行、客戶個人信息及設計資料的安全。通過以下三個途徑實現網絡安全：一是對服務器合理配置；二是對資料和源程序進行加密保護；三借助現有的殺毒軟件和防火墻。

2 系統所需要的關鍵技術

2.1 網絡數據庫技術

通過在Microsof t Windows 2000 Server操作系統上安裝Microsof t SQL Server 2000大型數據庫，用以存儲采樣數據。SQL Server 2000是基于客戶機/服務器的大型網絡數據庫，具有高性能、分時性、基于服務器的處理能力等優點。由于SQL Server與Microsof t Windows 2000 Server采用無縫連接，使得系統的數據庫具有更高的安全性。

2.2 動態網絡環境開發技術

早期傳統的網頁只是靜態的圖文組合，用戶可以在網頁上閱讀文字和圖像信息，但無法做到查詢、在線調查、留言、討論、數據庫管理等一系列的服務器和客戶端的交互性質的活動，這顯然不能滿足本服務系統的要求。

目前動態網絡環境開發技術，主要有公共網關接口技術、ASP技術、PHP技術、JSP技術、ASP(Active Server Page).net技術。ASP.net是Microsof t.NET的一部分，具有強大性和適應性等優點。基于ASP.net的諸多，本服務系統采用其作為動態網絡環境開發技術。在其環境下，結合其他工具，開發上述設計服務系統的各大功能模塊。

2.3 數據傳輸技術

系統中大量采樣數據的實時傳輸是一個難題。為解決這個問題，系統利用TCP/IP網絡協議，構成基于B/S的數據傳輸模式，并采用VB.net編寫ActiveX控件，作為ASP.net組件直接嵌入到網頁中，并運用VBScript語言編程。客戶端在使用常用瀏覽器瀏覽相應的網絡頁面時，立即下載運行內嵌的小程序。該程序的功能就是連接服務器中的SQL Server2000數據庫，并通過網絡從數據庫中取出數據，并在客戶端瀏覽器上顯示采樣數據和相應的診斷信息。

3 結束語

面向機械行業的B/S應用服務模式，目前正在中國興起，但許多方面仍處于探索、嘗試之中。本文提出的數控機床主軸遠程故障診斷系統，是對如何利用互聯網為生產加工企業提供機床主軸診斷的一種嘗試。通過本系統，中小制造企業可以在機床故障診斷過程中得到有力的技術支持，從而提高企業生產效率，降低企業成本。本系統整體架構是一個開放的架構，在此平臺下可對系統進行升級和維護，添加新的功能模塊。

本系統在網絡安全、系統速度優化等方面需要進一步提高。此外，由于機床主軸遠程故障診斷系統是一個復雜的系統，仍然有許多工作需要去完善，隨著后續工作的開展和基礎環境的逐步成熟，系統將會得到進一步改進和完善。

[1]李鵬南，尹喜云，黃振宇.基于Web的CNC機床遠程故障診斷系統[J].機床與液壓，2007，35(3)：193-195.

[2]張書誠，焦明華.數控機床遠程故障診斷技術研究[J].機床電器，2007，(2)：5-7.

[3]代冬升，李錚錚，等.基于B/S結構的遠程故障診斷模型研究[J].河北省科學院學報，2007，24(3)：17-19.

[4]孫知建，盛 文，等.基于B/S模式的雷達裝備遠程故障診斷系統[J].火力與指揮控制，2009，（39）：103-105.

[5]曾銳利，肖云魁，等.汽車遠程故障診斷與維修系統研究[J].電子測量技術，2009，32(7)：129-131.