組合機床故障遠程診斷和處理的新方案

北京北方紅旗精密機械制造有限公司 賈永強 張蘊華

組合機床故障遠程診斷和處理的新方案

北京北方紅旗精密機械制造有限公司 賈永強 張蘊華

本文介紹一種利用網絡通訊技術設計的一種組合機床故障遠程診斷和處理控制方案。方案利用互聯網接入技術、計算機技術和可編程控制技術，對組合機床實現遠程控制、程序參數監視、故障點報警信息輸出，同時將所有事件自動輸入數據庫，形成各種歷史數據報表，以便對組合機床進行遠程故障診斷和及時作出處理辦法。

組合機床；遠程；IP地址；費用

1 問題的提出

我公司產品主要是組合機床及自動加工線，組合機床是一種高效機械加工設備。

以壓縮機缸體加工為例，目前13秒即可加工完一個工件，日加工量在5000件左右。機床出現故障停機，哪怕一天都會給客戶造成巨大損失。因此及時排除機床故障，減少停機時間對客戶來講尤為重要。

但由于我司產品的用戶基本都在外地如廣東、重慶、福建、江浙、山東、河南等地，加上維修工程師數量有限，有時不能及時到達客戶現場處理問題，有的在路途上要耽誤2天的時間。這樣不但延長了客戶問題的處理時間增加客戶的停產損失，我司電氣工程師到遠處客戶現場的時間和費用也大量增加，同時手中其它工作也要暫時放下，對公司內部的運行也會產生影響。為了解決這些問題，我們提出了組合機床故障的遠程診斷和處理的技術方案。

2 實現遠程控制的通訊方案

機床的控制器通常采用PLC(可編程控制器), 我司組合機床一般采用三菱FX3U系列的PLC，PLC里面有控制程序、參數以及各種運行數據，要實現遠程控制，就是要對程序及參數和數據進行監控，判斷機床的故障點從而對問題進行處理。要進行這些工作首先就要建立本地計算機和客戶處機床控制器之間的通訊，這是實現遠程控制的基礎。

兩種遠程控制采取的通訊方式如下。

（1）通過調制解調器（MODEM）經電話網絡進行遠程控制

通過MODEM遠程監控的方法：PLC現場增加直撥電話線路一條，MODEM一部，通過遠程電話網絡和制造廠調制解調器連接至本地計算機。缺點是電話線路會造成不穩定，用戶需要專用良好的電話線路，維護時會產生電話費用。

結合我司組合機床說明，就是在本地計算機上使用Windows版的編程軟件（GX-Developer），通過調制解調器（MODEM）和電話網絡與客戶現場的調制解調器通訊，與連接在客戶調制解調器上的機床控制器可編程控制器之間，執行程序編輯以及監控的功能，連接示意圖如下。

由于技術方面的原因，這種撥號形式現在已經漸漸落伍，處于淘汰的邊緣。

（2）通過互聯網（internet）來進行遠程控制

在互聯網上想要訪問到某一個設備就需要知道該設備的IP地址，而該設備想要被訪問也需要有一個IP地址，即在整個互聯網上，要想訪問到某一個PLC站，就需要該站有一個在互聯網上能夠被訪問到的IP地址。

互聯網上的IP地址一般有兩種，即固定（靜態）IP地址和動態IP地址。

IP地址需要向當地的ISP申請得到。固定（靜態）IP地址由于資源有限，因而申請和使用的費用較高，因而靠固定（靜態）IP地址進行大量PLC設備的遠程訪問顯然是不經濟的。（當然，這種方式也有其應用的環境，比如實時監控）。

相比之下使用動態IP地址的互聯網接入方式就顯得較為實際。互聯網連接從硬件上來分又可分成有線方式和無線方式兩種，連接示意圖如下。

3 具體遠程控制方案

采用互聯網連接方式，在客戶端采用無線連接互聯網的方式。

由于客戶現場的復雜性，有的會有有線的網線接口，而大多數情況下是沒有的。因此我們確定了一種在客戶現場進行無線連接網絡的硬件方案，這樣不論客戶現場情況如何都可以使用。具體方案介紹如下。

遠程連接有兩種方式，一是通過IP地址：通過現場的路由器獲取設備的IP地址實現遠程連接。二是通過域名：利用路由器的動態域名分析（DDNS）功能，實現遠程連接。

這里我們通過第二種連接方式也就是DDNS動態域名分析功能方式進行遠程連接。

互聯網上，任何一個域名都是唯一的，路由器將域名與目標設備的IP地址綁定，在軟件GX-Developer上，只需要添加域名，就可以找到遠程的設備，連接示意圖如下。

下面是采用DDNS動態域名分析功能方式進行遠程連接的具體細節。

3.1 基本概念

DDNS：就是動態域名解析。

Oray：是專門提供域名注冊和域名解析軟件的網站，域名解析功能被內置在很多路由器內，可以免費使用。

因為域名的唯一性，通過DDNS可以將連接到路由器上的任何設備的IP地址與域名綁定，有了DDNS，即使不知道遠程設備的IP地址，通訊軟件GX-Developer也可以通過域名直接訪問遠程的PLC。

3.2 遠程控制圖解說明

PLC（可編程序控制器）或HMI（人機界面）通過3G上網。

無需VPN(虛擬網絡)服務器，路由器內置DDNS，可以通過域名解析建立連接。

也可以通過路由器直接獲得IP地址。

路由器將互聯網與我司組合機床的控制器FX3U系列PLC的連接HMI的端口建立TCP/IP連接。

GX-Developer通過域名或IP地址建立遠程連接。

3.3 硬件配置和連接

現場PLC或HMI連接到3G路由器的LAN端口。

3G路由器通過USB連接3G上網卡，測試網絡連接成功。

本地計算機連接到互聯網，可以通過ADSL或3G上網。

3.4 路由器配置

配置路由器網絡參數，選擇3G網絡并選擇自動連接。

配置無線網絡SSID和安全密碼。

配置路由器的虛擬服務器轉發端口，HMI端口號為6000，IP地址是HMI的IP地址。

配置DDNS，輸入分析軟件的賬號和密碼，并進行測試連接。

3.5 通訊軟件配置

●在軟件GX-Developer（PLC開發軟件）上建立遠程連接。

●PLC或HMI的配置：

配置好以太網端口的IP地址、子網掩碼和網關

IP直至設定必須與路由器的LAN地址在同一網段

PLC或HMI的網關地址即為路由器的LAN地址

在軟件GT-designer(人機界面開發軟件)中打開遠程訪問，啟用數據共享

3.6 遠程診斷和處理

通訊建立之后，利用三菱PLC編輯和監控軟件GXDeveloper及人機界面軟件GT-designer，可以對客戶方機床控制器PLC及HMI的控制程序、參數及其它運行數據進行監控、編輯等，從而快速查出機床故障并予以處理。

3.7 方案成本估算

成本投入—最低1100元

3G路由器：300元

3G上網卡：200元全國通用

流量費：600元/年（不同地區的費用有差別）。

4 創新點

運用當前廣泛使用的互聯網無線連接技術。

通過DDNS功能的路由器和PLC或HMI相連接獲取動態域名和IP地址。

使用專用PLC和HMI編輯軟件實現遠程監控，對機床故障進行診斷和處理。

5 經濟效益分析

（1）節約成本-可以減少電氣工程師到現場服務的時間和費用。

（2）提高效率-及時解決客戶機床存在的問題，提高公司的服務效率和質量，減少客戶的損失。

（3）這項技術實施的費用-最低投入大約1100.00元。我司工程師只需采用工作用的計算機即可，不用另外投入費用。

（4）舉例分析：

2012年我司電氣工程師售后服務出差共238天20次，每天出差費用215.00元、公司到客戶處的飛機和車費平均每次3000.00元，差旅費總計：238（出差天數）x215（每天差費）+3000（出差機車費）x20（出差次數）=111170.00元.。

出差人員平均月工資5000.00元，出差期間人員工資總計：5000(人員月工資)x238（出差天數）/25（每月工作日）=47600.00元。

出差總費用111170.00+47600.00=158770.00元。

如果實施遠程診斷及處理技術，這其中75%的出差都是可以通過遠程解決的，再扣除5%工程師遠程服務的費用，直接節約成本70%，158770.00x70%=111139.00元。

另外客戶停產時間縮短，客戶每天按產能5000件，每件的加工利潤1元計算，每天即可節約5000.00元，客戶全年可減少損失238x70%x5000=833000.00元。

該方案實施同時也會提高我司的售后服務效率和客戶美譽度以及公司的形象和產品檔次，由此帶來的經濟效益是不可估量的。

6 應用前景

該方案已經通過論證切實可行,完全能夠達到工程師在公司內部對遠方客戶現場機床的控制器進行監控，對機床進行故障診斷和處理的目的。將在我司制造的組合機床機及生產線上采用。

[1]謝希仁．計算機網絡[M]．電子工業出版社,2012．

[2]日本三菱電機株式會社．FX3U系列編程手冊．

[3]日本三菱電機株式會社．Gx Developer 版本8操作手冊．

[4]日本三菱電機株式會社．人機界面(HMI)-GT系列使用手冊．

表1 定位誤差結果表

4 結論

在對微震源進行定位之前進行臺網最優布設，根據D值理論建立的目標函數利用模擬退火算法得到了最優的臺網布設方案。通過對定位誤差的分析總結出，在微震源定位之前進行臺網布設的優化，能夠有效提高定位能力，從而更有效的對壓裂裂縫進行描述，提高油田整體開發效果。

參考文獻

[1]王健．基于油井壓裂微震監測的震源定位精度研究及檢波器網絡優化設計[D]．吉林大學碩士學位論文,2012．

[2]平健等．微震定位原理與實現[J]．安徽:金屬礦山出版社,2010．

[3]高永濤等．基于D值理論的微震監測臺網優化布設[N]．北京科技大學學報,2013．

[4]鞏思園等．提高煤礦微震定位精度的臺網優化布置算法[N]．巖石力學與工程學報,2012．

[5]姚金杰等．基于粒子群和牛頓迭代法的目標定位方法研究[J]．計算機應用研究,2010．