一种用于数控机床的综合维护系统平台技术方案

本发明专利技术公开了一种用于数控机床的综合维护系统平台，采用完整的五层架构设计；其中物理层通过采集盒与数控机床控制器进行连接，对设备运行参数进行采集；链接层采用物联网网关IOTGateWay实现采集，数据通过采集盒上集成的4G/5G模块上传到存储层，支持各类的工业数据通讯协议；存储层实现对各终端采集到的数据的集中存储和处理；分析层通过设定算法和模型对服务器端的数据进行加工处理，以满足前台应用需求；应用层提供APP应用实现移动端上的设备运行状态查看、在线维修、知识库查询、统计分析等功能。本发明专利技术的用于数控机床的综合维护系统平台覆盖数据采集到云服务器再到工业APP的完整应用场景，支持对各类主流数控设备进行接入和运行维护。

An integrated maintenance system platform for CNC machine tools

【技术实现步骤摘要】
一种用于数控机床的综合维护系统平台
本专利技术属于信息领域，具体涉及一种用于数控机床的综合维护系统平台，适用于数控车间、数控加工中心和带有控制装置的设备的维护和服务。
技术介绍
数控机床作为装备制造业的“工作母机”，“中国制造”2025将数控机床和基础制造装备行业列为中国制造业的战略必争领域之一。国内各类数控设备每年的销售量达到30万台左右，并且每年新增设备的数控程度不断提高。目前，这些设备作为独立单元在企业内部运行，缺乏远程的运维服务手段，现有的维护和服务方法更多在设备现场进行测试、监控与维护。中国专利20151053292.2公开了一种基于分级预警的数控机床故障诊断方法，专利权人提出基于分级预警的数控机床故障诊断方法，包括采集机床信息、数据处理和参数提取、判断故障、对故障进行分析等方法，建立了故障分析规则，定义预警等级。专利中根据机床工作过程中实际出现的故障，建立故障征兆与故障原因的案例库，对机床故障判定有较好的指导作用。现在技术的发展，大量的数控机床的控制系统已经可以输出更为准确的故障代码，使得故障诊断不再需要传感器采集和外部案例库进行参数匹配才能实现，故障诊断的重点转移到物联网环境下的远程运维层面。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种用于数控机床的综合维护系统平台，覆盖数据采集到云服务器再到工业APP的完整应用场景，支持对各类主流数控设备进行接入和运行维护。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术所述的一种用于数控机床的综合维护系统平台，采用完整的五层架构设计，包括物理层、链接层、存储层、分析层和应用层；所述物理层包括系统可以管控的各类数控设备，通过采集盒与数控机床控制器进行连接，对设备运行参数进行采集，采集的数据包括：机床状态、控制轴、数控程序、报警与运行日志作为远程维护的基础数据，对于不具备数据传输能力的传统设备，通过串口/网口或者附加传感器进行数据采集；所述链接层采用物联网网关IOTGateWay实现采集，数据通过采集盒上集成的4G/5G模块上传到存储层，支持的工业数据通讯协议包括ModBus、ProfiBus、MQTT、OPC-UA、MTConnect；所述采集盒基于树莓派实现，具有数据处理计算能力，在对信号进行转换处理后上传；所述存储层实现对各终端采集到的数据的集中存储和处理，数据存储采用实时数据库Redis，数据持久化采用可扩展的数据库MongoDB；所述分析层通过设定算法和模型对服务器端的数据进行加工处理，满足前台应用需求，支持根据设定的阈值和故障模型进行报警，支持行业知识库设定，在数据分析基础上进行智能诊断、多专业联动分析和趋势预测。所述应用层，提供APP应用实现移动端进行设备运行状态查看，在线维修知识库查询，支持在线进行维护流程处理以及统计分析。作为优选，所述采集盒以树莓派作为主板，设有电源模块和4G/5G通讯模块，通过主板I/O与设备进行连接，实现数据本地处理和上传。作为优选，所述分析层建立机床维护知识库，支持知识库内容的维护与生成；通过集成Tenserflow，支持机器学习，实现大数据分析。作为优选，所述应用层APP包括如下功能模块：设备在线监测：采用图表和数字实时显示设备的运行状态和参数，如主轴转速、主轴驱动电流、进给轴速度等数据。设备运行统计：对设备一段时间内的运行数据进行统计分析，给出汇总的图形化展示报告，如设备运行有效性数据等。设备故障通知：对于设备发出的故障信号进行展示处理，在APP端进行警示。特别地，根据阈值设定和故障模型，对设备故障进行预警提醒。故障维修指导：设备使用人员可以通过APP查询服务端设备故障知识库，通过知识库中的说明对设备进行自行维修，支持设备厂家对知识库进行更新。设备维护申请：设备使用人员可以通过APP提交设备维修申请，填写设备故障描述信息，支持通过拍照上传方式提交故障说明。客户满意度调查：支持设备厂家通过APP发放客户调查问卷，支持在后台对调查问卷进行统计。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1：完整的五层构架设计，覆盖数据采集到云服务器再到工业APP应用设计完整应用，支持对各类主流数控设备进行接入和运行维护。2：在后台服务器中建立设备维护知识库和文档库，设备维护和运行人员可以进行知识库查询，指导工作。3：可根据数控机床应用模式建立模型库，结合机床实时运行参数进行运行状态分析，给出设备报警和预警信息，实现预防性维护。4：提供机床维护相关的专业APP，支持移动端上的运行状况监控、支持移动端的维修流程处理、支持移动端用户调查。附图说明图1为数控机床综合维护系统平台功能示意图。图2为数控机床综合维护系统平台的五层体系结构图。图3为数控机床运行参数实时监控软件截图。图4为数据机床运维用户调查软件截图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。如图1所示，本专利技术实施例公开的一种用于数控机床的综合维护系统平台通过从设备采集数据，在平台层进行分析处理，在应用层面提供设备运行统计、设备在线检测、设备故障通知、故障维修指导、设备维护申请、客户满意度调查等功能，为设备生产厂家提升售后服务，提高产品质量提供支持，帮助用户加强产品管理。数控机床综合维护系统平台主要包括以下部分：1：支持4G/5G数据传输的数控机床采集终端(物理层)；2：对各类控制器协议进行解析和处理的方法(链接层)；3：用于后台数据存储与处理的云服务器(存储层)；4：运行在云服务器上的决策模型和算法(分析层)；5：一套运行面向数控机床综合维护用的工业APP(应用层)如图2所示，系统主体功能设计如下：物理层：物理层包括系统可以管控的各类数控设备，包括数控车床、加工中心等，系统通过采集盒与数控机床控制器进行连接。采集盒可以支持的控制器包括西门子、FANUC、三菱、华中数控、广州数控等主流控制器。对于不具备数据传输能力的传统设备，可以通过串口/网口或者附加传感器进行数据采集。通过部署在数控机床的采集盒，与机床控制系统进行连接，对设备运行参数进行采集，采集的参数可以由用户进行设定，采集参数通常包括：机床状态(运行状态、操作模式等)；控制轴(主轴负载、主轴转速、主轴驱动电流、进给轴速度、进给轴相对/绝对坐标等)；数控程序(NC程序名称、开始时间、运行次数等)；报警与运行日志(报警代码、时间、内容等)。上述内容作为远程维护的基础数据。自行设计的采集盒以树莓派作为主板，附有电源模块和4G/5G通讯模块，通过主板I/O与设备进行连接，具有性价比高、通用性强等特点。采样数据通过采集盒上集成的4G/5G模块上传到数据管理平台，存储在后台实施数据库中。链接层：链接层提供自行设计的物联网网关IOTGateWay实现数据收集，采样数据通过采集盒上集成的4G/5G模块上传到存储层，支持的工业数据通讯协议包括：ModBus\ProfiBus\MQTT\OPC-UA\MTConnect等主流通讯协议。对于串口/网口或传感器传输的信号，基于树莓派的采集盒提供边缘计算能力，对信号进行转换处理后上传。存储层：存储层实现对各终端采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于数控机床的综合维护系统平台，其特征在于，所述系统平台采用完整的五层架构设计，包括物理层、链接层、存储层、分析层和应用层；所述物理层包括系统可以管控的各类数控设备，通过采集盒与数控机床控制器进行连接，对设备运行参数进行采集，采集的数据包括：机床状态、控制轴、数控程序、报警与运行日志作为远程维护的基础数据，对于不具备数据传输能力的传统设备，通过串口/网口或者附加传感器进行数据采集；所述链接层采用物联网网关IOTGateWay实现采集，数据通过采集盒上集成的4G/5G模块上传到存储层，支持的工业数据通讯协议包括ModBus、ProfiBus、MQTT、OPC‑UA、MTConnect；所述采集盒基于树莓派实现，具有数据处理计算能力，在对信号进行转换处理后上传；所述存储层实现对各终端采集到的数据的集中存储和处理，数据存储采用实时数据库Redis，数据持久化采用可扩展的数据库MongoDB；所述分析层通过设定算法和模型对服务器端的数据进行加工处理，满足前台应用需求，支持根据设定的阈值和故障模型进行报警，支持行业知识库设定，在数据分析基础上进行智能诊断、多专业联动分析和趋势预测；所述应用层，提供APP应用实现移动端上的设备运行状态查看，在线维修，知识库查询功能，支持在线进行维护流程处理以及统计分析。...

【技术特征摘要】
1.一种用于数控机床的综合维护系统平台，其特征在于，所述系统平台采用完整的五层架构设计，包括物理层、链接层、存储层、分析层和应用层；所述物理层包括系统可以管控的各类数控设备，通过采集盒与数控机床控制器进行连接，对设备运行参数进行采集，采集的数据包括：机床状态、控制轴、数控程序、报警与运行日志作为远程维护的基础数据，对于不具备数据传输能力的传统设备，通过串口/网口或者附加传感器进行数据采集；所述链接层采用物联网网关IOTGateWay实现采集，数据通过采集盒上集成的4G/5G模块上传到存储层，支持的工业数据通讯协议包括ModBus、ProfiBus、MQTT、OPC-UA、MTConnect；所述采集盒基于树莓派实现，具有数据处理计算能力，在对信号进行转换处理后上传；所述存储层实现对各终端采集到的数据的集中存储和处理，数据存储采用实时数据库Redis，数据持久化采用可扩展的数据库MongoDB；所述分析层通过设定算法和模型对服务器端的数据进行加工处理，满足前台应用需求，支持根据设定的阈值和故障模型进行报警，支持行业知识库设定，在数据分析基础上进行智能诊断、多专业联动分析和趋势预测；所述应用层，提供APP应用实现移动端上的设备运行状态查看，在线维修，知识库查...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海峰，刘凯，丁妤婕，
申请(专利权)人：南京简睿捷软件开发有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32