基于MT-Connect的机床运行状态远程监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于MT‑Connect的机床运行状态远程监控系统，包括：数据采集终端、服务器和客户端，其中，数据采集终端用于采集机床的当前运行状态，生成机床数据，并与服务器建立无线连接，并基于MQTT协议实现数据传输。服务器通过基于MQTT协议接收机床数据，并且将不同数据源的数据格式转化为预设格式，以及缓冲数据并通过HTTP提供数据检索服务。客户端用于通过HTTP提出数据检索请求，以根据数据检索请求获取机床的当前运行状态。该系统可以让生产管理人员实时掌握生产现场机床运行状况，低成本、安全可靠的实现不同类型机床的远程运行状态监控，对机床设备的管理和维护具有重要的工业应用价值。

MT-Connect Based Remote Monitoring System for Machine Tool Operation

【技术实现步骤摘要】
基于MT-Connect的机床运行状态远程监控系统
本专利技术涉及工业通信
，特别涉及一种基于MT-Connect的机床运行状态远程监控系统。
技术介绍
如何提高机床运转效率，实现机床运转状况实时监控和分析对提升企业管理水平和生产效率具有重要的现实意义。然而，目前在我国存量巨大的普通机床无数据通讯功能，数控机床行业也缺乏统一数据集成标准，造成不同厂家设备通讯接口无法有效兼容。现有机床数据集成解决方案主要面向具有数据通讯功能的数控机床，通过花费大量时间开发专用的通信接口中间件实现多台设备联网监控的功能。总体上讲，不同厂家间机床设备的统一联网仍然存在诸多困难，具体包括：1、传统机床联网中间件开发不仅需要购买机床通讯接口授权，而且要针对特定的接口进行二次定制化开发，实施成本较高，主要面向具有通讯功能的数控机床，对于无通讯功能的普通机床没有很好的联网解决方案，这增加了机床监控和维护的不便。2、由于一般制造企业工控网与办公网隔离，传统机床联网方案主要面向单一车间，难以有效实现利用统一平台实现异地工厂跨车间多机床运行状态远程实时监控。
技术实现思路
本申请是基于专利技术人对以下问题的认识和发现做出的：MT-Connect由美国制造技术协会推出，是一种用于实现不同装置、设备和系统之间的互联和交互操作的接口规范。另外，随着物联网技术的发展，NB-IOT技术得到了运营商层面的全面支持，同时具有超强的穿透力，解决了以往工业现场移动信号干扰的问题。此外，以MQTT为代表的物联网即时通讯协议为解决分布式、不可靠的网络环境提供了成熟的支持。因此，有必要利用现有技术提供一种改进机床运行状态远程监控系统来克服现有技术的缺陷。本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种基于MT-Connect的机床运行状态远程监控系统，该系统可以让生产管理人员实时掌握生产现场机床运行状况，低成本、安全可靠的实现不同类型机床的远程运行状态监控，对机床设备的管理和维护具有重要的工业应用价值。为达到上述目的，本专利技术实施例提出了一种基于MT-Connect的机床运行状态远程监控系统，包括：数据采集终端，所述数据采集终端包括数据采集单元和数据传输单元，所述数据采集单元用于采集机床的当前运行状态，生成机床数据，并且所述数据传输单元通过2G/3G/4G网络与服务器建立无线连接，并基于MQTT协议实现数据传输；服务器，所述服务器与所述数据传输单元通过无线网络建立无线连接，所述服务器包括MQTT服务端模块、数据处理模块、数据适配模块和数据发布模块，以通过所述MQTT服务端模块和所述数据处理模块基于MQTT协议接收所述数据传输单元传输的所述机床数据，并且通过所述数据适配模块将不同数据源的数据格式转化为预设格式，以及通过所述数据发布模块用于缓冲数据并通过HTTP提供数据检索服务；客户端，用于通过HTTP向所述数据发布模块提出数据检索请求，以根据所述数据检索请求获取所述机床的当前运行状态。本专利技术实施例的基于MT-Connect的机床运行状态远程监控系统，不仅可以实现通过移动互联网络及时远程反映机床运行状态，如工作状态、报警状态、空闲状态以及机床各关键部件运行参数，进而指导机床的运行管理与维护工作；而且能够适用于各类普通机床和数控机床，无需机床厂家接口授权，降低系统开发、部署和维护成本，从而可以让生产管理人员实时掌握生产现场机床运行状况，低成本、安全可靠的实现不同类型机床的远程运行状态监控，对机床设备的管理和维护具有重要的工业应用价值。另外，根据本专利技术上述实施例的基于MT-Connect的机床运行状态远程监控系统还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述数据采集单元包括4路继电器输出、4路开关量模块、1路RS232接口和多种传感器，其中，开关量模块用于采集机床的运行指示灯通电状态，以获取机床的当前运行状态，RS232接口用于支持具有数据通讯接口的机床数据采集，传感器用于采集温度、电流、振动中的一项或多项数据。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述数据采集终端连接所述机床的电源供电线路采用双控开关接线，以一路开关由所述数据采集终端的继电器控制，另一路由所述机床的总控开关控制，并且所述机床的运行三色指示灯和蜂鸣器的通电线路分别并联到所述数据采集终端的4个开关量采集端子。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述数据传输单元由STM32主控芯片和支持2G/3G/4G网络的NB-IOT模块组成，以在所述数据采集终端启动时，所述STM32主控芯片配置网络连接所需要的信息，并通过所述NB-IOT模块发送连接请求至所述MQTT服务端模块，连接成功后，开关量模块、RS232端口和传感器数据由所述主控芯片转化后，通过所述NB-IOT模块将机床运行状态数据按照机床XML信息模型生成json格式的数据流，通过publish指令将数据流推送至所述MQTT服务端模块。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，在所述服务器中，所述MQTT服务端模块接收来自所述数据采集端的连接请求，并验证接收数据的所述数据采集端发布的数据是否为监视项数据，并且在验证通过后，当所述监视项数据改变时向数据订阅者转发订阅的监视项数据。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，在所述服务器中，所述数据处理模块向所述MQTT服务端模块发送数据订阅请求，当所述MQTT服务端模块接收到相应主题数据时，将所述相应主题数据转发至所述数据处理模块，是的所述数据处理模块解析订阅数据获得设备id信息及数据项信息，并根据所述机床XML信息模型验证所订阅数据，验证数据并将信息转发至所述数据适配模块。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，在所述服务器中，所述数据适配模块接收到验证数据后，将所述验证数据转成MT-Connect格式，并再传至所述数据发布模块。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，在所述服务器中，所述数据发布模块接收到所述MT-Connect格式的MT-Connect数据，并根据所述机床XML信息模型中的MT-ConnectStreams解析机床采样值、事件值和状态值，并且存储到数据缓存区并开放数据访问接口，使得所述客户端通过设备统一资源标识符URI向所述服务器发送数据请求，所述数据发布模块返回机床状态及数据项信息。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述客户端包括服务器管理模块、设备管理模块、数据统计模块和图形显示模块，其中，所述服务器管理模块用于对MT-Connect服务器的IP地址信息和端口信息进行维护，所述设备管理模块主要用于设备静态信息进行维护，所述图形显示模块主要用于显示所述机床的当前运行状态，并提供相应人机交互功能，所述图形显示模块通过向所述服务器发送Current请求指令，是的所述数据发布模块则返回机床状态及数据项信息，在解析所述数据项信息后以图形方式显示，所述数据统计模块根据设备历史运行数据对设备进行综合效率分析和设备故障率分析。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述静态信息包括设备id、设备URI、设备名称和监控数据项中的一项或多项。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MT‑Connect的机床运行状态远程监控系统基于MT‑Connect的机床运行状态远程监控系统，其特征在于，包括：数据采集终端，所述数据采集终端包括数据采集单元和数据传输单元，所述数据采集单元用于采集机床的当前运行状态，生成机床数据，并且所述数据传输单元通过2G/3G/4G网络与服务器建立无线连接，并基于MQTT协议实现数据传输；服务器，所述服务器与所述数据传输单元通过无线网络建立无线连接，所述服务器包括MQTT服务端模块、数据处理模块、数据适配模块和数据发布模块，以通过所述MQTT服务端模块和所述数据处理模块基于MQTT协议接收所述数据传输单元传输的所述机床数据，并且通过所述数据适配模块将不同数据源的数据格式转化为预设格式，以及通过所述数据发布模块用于缓冲数据并通过HTTP提供数据检索服务；客户端，用于通过HTTP向所述数据发布模块提出数据检索请求，以根据所述数据检索请求获取所述机床的当前运行状态。

【技术特征摘要】
1.一种基于MT-Connect的机床运行状态远程监控系统基于MT-Connect的机床运行状态远程监控系统，其特征在于，包括：数据采集终端，所述数据采集终端包括数据采集单元和数据传输单元，所述数据采集单元用于采集机床的当前运行状态，生成机床数据，并且所述数据传输单元通过2G/3G/4G网络与服务器建立无线连接，并基于MQTT协议实现数据传输；服务器，所述服务器与所述数据传输单元通过无线网络建立无线连接，所述服务器包括MQTT服务端模块、数据处理模块、数据适配模块和数据发布模块，以通过所述MQTT服务端模块和所述数据处理模块基于MQTT协议接收所述数据传输单元传输的所述机床数据，并且通过所述数据适配模块将不同数据源的数据格式转化为预设格式，以及通过所述数据发布模块用于缓冲数据并通过HTTP提供数据检索服务；客户端，用于通过HTTP向所述数据发布模块提出数据检索请求，以根据所述数据检索请求获取所述机床的当前运行状态。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据采集单元包括4路继电器输出、4路开关量模块、1路RS232接口和多种传感器，其中，开关量模块用于采集机床的运行指示灯通电状态，以获取机床的当前运行状态，RS232接口用于支持具有数据通讯接口的机床数据采集，传感器用于采集温度、电流、振动中的一项或多项数据。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数据采集终端连接所述机床的电源供电线路采用双控开关接线，以一路开关由所述数据采集终端的继电器控制，另一路由所述机床的总控开关控制，并且所述机床的运行三色指示灯和蜂鸣器的通电线路分别并联到所述数据采集终端的4个开关量采集端子。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数据传输单元由STM32主控芯片和支持2G/3G/4G网络的NB-IOT模块组成，以在所述数据采集终端启动时，所述STM32主控芯片配置网络连接所需要的信息，并通过所述NB-IOT模块发送连接请求至所述MQTT服务端模块，连接成功后，开关量模块、RS232端口和传感器数据由所述主控芯片转化后，通过所述NB-IOT模块将机床运行状态数据按照机床XML信息模型生成json格式的数据流，通过publish...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，郑力，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11