一种层次化监控和远程网络诊断功能的开放式数控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种层次化监控和远程网络诊断功能的开放式数控系统，其包括在主板上由系统总线分别与中央微处理器、通用控制和用户交互芯片、存储器芯片、电源时钟电路、通用控制和用户交互接口连接的数控系统；本发明专利技术在于它还包括设置有一个状态监测与故障诊断芯片，一个数据资源管理芯片，一个数据信息存储芯片、一个网络管理控制芯片，以及一个网络及远程监控接口；以及在其内固化有层次化监控和远程网络诊断功能的控制软件。本发明专利技术具有层次化、智能化、网络化的状态监测和故障诊断功能，并采用层次化监控策略以本机监控为基础，按照用户自由定义的监控算法，逐步连接上层网络以实现层次化的监控管理功能。并对诊断结果和信息进行智能化分类存储和自学习，从而可以不断增强本机诊断能力。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

An open CNC system for hierarchical monitoring and remote network diagnosis

The invention discloses a open CNC system is a hierarchical network monitoring and remote diagnosis function, including on the motherboard by the system bus are respectively connected with the central microprocessor control and user interaction, universal chip, memory chip, clock circuit, power control and general user interaction interface of CNC system; the invention is that it also includes there is a set of state monitoring and fault diagnosis of the chip, a data resource management chip, a data storage chip, a network management control chip, and a network interface and remote monitoring; and the internal curing control software hierarchical network monitoring and remote diagnosis function. The condition monitoring and fault diagnosis function of the invention has a hierarchical, intelligent network, and adopts hierarchical control strategy to the monitor as the basis, in accordance with the monitoring algorithm of user defined, the network connection gradually to realize hierarchical monitoring and management functions. The diagnostic results and information are intelligently classified, stored and learned, so that the local diagnostic capability can be continuously enhanced.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于控制调节类，尤其涉及计算机层次化监控和远程网络诊断功能的开放式数控系统。传统模式的数控系统采用专用单片机为硬件核心，封闭式的体系结构屏蔽了所有的系统技术细节，只对用户提供功能固定的对外通用控制接口，用户必须按系统要求选择匹配的外围驱动设备来实现数控机床的构建。而一旦系统定型，用户就被系统固定的功能和性能束缚用户无法进行原有功能进行改进、监控、诊断和新功能的增加。使得数控系统无法适应不断变化的生产加工工艺的要求。在软件结构上，封闭式数控系统大都采用与中央处理器相配套的汇编语言来构成系统，这种语言很难架构芯片化结构的软件环境且对硬件依赖性很强，而当前正处于积极研发阶段的开放式数控系统，基本上都采用了工控计算机配套的运动控制卡结构模式来实现对机床的数控控制，这种模式数控系统的开放性主要是借用了当前PC计算机的开放特征，其实质只是PC计算机的一个板卡式控制应用，在结构和性能上都存在着很大的局限性。其次，工控机模式的开放式数控系统不能很好的保证实时性和可靠性。PC计算机在运行时由于采用通用的操作系统，占用了很大的系统资源，与数控加工无关的任务可能占去了更多系统的工作份额，它们干扰着系统对现场加工的及时响应，同时降低了系统对重要控制事件的处理速度，并增加了系统运行的开销，这些都会导致系统的不稳定。再者，当前工控机模式的开放式数控系统的网络功能是基于计算机网络的。这种网络由于没有考虑到数控加工和状态监测对大流量信号数据流的传输要求，因此从速度上限制了系统的远程网络应用能力，基本上只适用于系统间的程序传输。最后，控制系统由于没有独立的层次化监控和远程网络诊断功能，必须依赖PC计算机的结构体系和软件框架，这要求一个普通用户或者是一个机床操作工要具备很好的编程基础和计算因机软硬件知识。而这对于一般改进的用户无疑是太多的代价，有时候更是得不偿失。而对于高级用户只提供函数库又显得不足。就会使没有经验或对所需功能不很明确的用户会走弯路甚至破坏系统的稳定性。有时会因产品加工过程中出现问题无法解决而延误生产。本专利技术的目的是这样实现的，一种层次化监控和远程网络诊断功能的开放式数控系统，包括在主板上由系统总线分别与中央微处理器、通用控制和用户交互芯片、存储器芯片、电源时钟电路、通用控制和用户交互接口连接的数控系统。本专利技术在于它还包括一个状态监测与故障诊断芯片，一个数据资源管理芯片，一个数据信息存储芯片、一个网络管理控制芯片，以及一个网络及远程监控接口。其中，所述的数据资源管理芯片，其与系统总线及数据信息存储芯片相连，用于管理和控制系统内部或外界输入的各种数据和控制信息。所述的数据信息存储芯片，其与系统总线连接，用于存储数控系统的各种数据和控制信息。所述的状态监测与故障诊断芯片，其内固化有状态监测与故障诊断软件，并与系统总线连接，用于状态监测、诊断和信号的采集、处理及反馈控制。所述的网络管理控制芯片，其内固化有网络管理软件，并由系统总线与网络及远程监控接口连接，用于处理数控系统与网络的数据和控制信息的通讯传输。所述的网络与远程监控接口，由系统总线与网络管理控制芯片连接，用于连接外部网络。所述的状态监测与故障诊断芯片，和网络管理控制芯片中其内固化的控制软件，至少包含下列步骤现场状态信息采集，及信号预处理，并判断本机能否诊断，若能，由本机决策控制，反馈现场控制。若否，启用车间网络诊断策略，将现场状态信息上传网络，由车间网络进行诊断，并将诊断结果和控制信息返回本机，同时进行外来信息的本机存储。并判断车间网络能否诊断，若能，由车间网络的诊断结果进行决策控制，反馈现场控制。若否，启用企业网络诊断策略，将现场状态信息上传网络，由企业网络进行诊断，并将诊断结果和控制信息返回本机，同时进行外来信息的本机存储。并判断企业网络能否诊断，若能，由企业网络的诊断结果进行决策控制，反馈现场控制。若否，启用远程网络诊断策略，将现场状态信息上传网由远程网络进行诊断，并将诊断结果和控制信息返回本机，同时进行外来信息的本机存储。并判断远程网络能否诊断，若能，由远程网络的诊断结果进行决策控制，反馈现场控制。若否，作现场诊断，并将诊断控制信息数据进行管理及存储。由于本专利技术采用了以上的技术方案，因而具有1、独立的适合于数控加工的软硬件开放结构体系。从系统硬件上采用FPGA可编程芯片的整体芯片化结构来组建底层硬件框架，完全区别于传统数控系统板卡式硬件结构的设计。各功能芯片与状态监测与故障诊断芯片、网络管理控制芯片、数据资源管理芯片连接，从而实现了对系统最底层硬件结构实现开放性。从软件上取用嵌入式实时操作系统，采用面向对象的软件设计方法，将系统各功通过五个接口明确的芯片对象来实现。2、层次化、智能化、网络化的状态监测和故障诊断功能。采用层次化监控策略以本机监控为基础按用户自由定义的监控算法，逐步连接上层网络以实现层次化的监控管理功能。并对诊断结果和信息进行智能化分类存储和自学习，从而可以不断增强本机诊断能力。1、中央微处理器 1-1高速DSP处理芯片2、通用控制与交互管理芯片3，存储芯片4、系统工作ROM存储芯片 5、数据FIASH-ROM存储芯片6、系统总线 7、状态监测与故障诊断芯片8、网络管理控制芯片 9、数据资源管理芯片10、网络及远程控制接口 11、通用控制及用户交互接口12、电源时钟电路其中，1、中央微处理器1，用于系统整体的控制运算和功能性能的协调。其内微控制芯片可采用32位高性能嵌入式微控制芯片。在与之配套的嵌入式实时操作系统的工作环境下，主要用于对系统整体控制和协调。其中央微处理器1也可由32位高性能嵌入式微控制芯片和高速DSP1-1数字信号处理芯片组成，具有完成轨迹运算，数据采集等实时性很强的功能。2、高速DSP处理芯片1-1，用于微控制器1的协处理器，也可单独工作于大规模数据处理功能的实现。3、通用控制与交互管理芯片2，用于一方面完成与机床加工有关的运动轨迹的计算和控制，另一方面完成与用户输入输出有关的处理过程。通用控制及用户交互芯片2通过总线6与中央微处理器1及其它芯片相连接，直接控制通用控制及用户交互接口11，产生各种输出量并处理该接口传来的的输入量。4、状态监测与故障诊断芯片7，用于完成现场各种传感器信号的采集，预处理，分析预测和返回控制。该芯片同时向网络管理控制芯片8传送处理和压缩后的本机状态信息。并通过网络及远程控制接口10输出到远程网络。同时处理经由网络管理控制芯片8输入的网络控制诊断信息，用于实现远程诊断结果的本机控制。状态监测与故障诊断芯片7通过总线6与中央微处理器1和其它芯片相连接，该芯片在工作时将有大量的数据传输发生，高速DSP处理芯片1-1将直接控制该芯片的采集和处理工作，同时存储芯片5中的数据Flash_Rom将负责采集数据的存储。5、网络管理控制芯片8，用于处理数控系统与其它数控系统、车间数控网络、企业内部网络Intranet以及国际互联网络Internet的数据信息和控制信息的传输。网络管理控制芯片8通过系统总线6与网络及远程控制接口10相连接，用于接收网络下载的数据信息和上传数控系统现场搜集的状态信息。该芯片还通过总线6和中央微处理器1及其它芯片通讯连接，并和状态监控与故障诊断芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层次化监控和远程网络诊断功能的开放式数控系统，包括在主板上由系统总线分别与中央微处理器、通用控制和用户交互芯片、存储器芯片、电源时钟电路、通用控制和用户交互接口连接的数控系统，其特征在于，它还包括一个状态监测与故障诊断芯片，一个数据资源管理芯片，一个数据信息存储芯片、一个网络管理控制芯片，以及一个网络及远程监控接口，所述的数据资源管理芯片，其与系统总线及数据信息存储芯片相连，用于管理和控制系统内部或外界输入的各种数据和控制信息，所述的数据信息存储芯片，其与系统总线 连接，用于存储数控系统的各种数据和控制信息，所述的状态监测与故障诊断芯片，其内固化有状态监测与故障诊断软件，并与系统总线连接，用于状态监测、诊断和信号的采集、处理及反馈控制，所述的网络管理控制芯片，其内固化有网络管理软件，并由系统总 线与网络及远程监控接口连接，用于处理数控系统与网络的数据和控制信息的通讯传输，所述的网络与远程监控接口，由系统总线与网络管理控制芯片连接，用于连接外部网络；所述的状态监测与故障诊断芯片，和网络管理控制芯片中其内固化的控制软件，至少包 含下列步骤：现场状态信息采集，及信号预处理，并判断本机能否诊断，若能，由本机决策控制，反馈现场控制，若否，启用车间网络诊断策略，将现场状态信息上传网络，由车间网络进行诊断，并将诊断结果和控制信息返回本机，同时进行外来信息的本机存 储，并判断车间网络能否诊断，若能，由车间网络的诊断结果进行决策控制，反馈现场控制，若否，启用企业网络诊断策略，将现场状态信息上传网络，由企业网络进行诊断，并将诊断结果和控制信息返回本机，同时进行外来信息的本机存储，并判断企业 网络能否诊断，若能，由企业网络的诊断结果进行决策控制，反馈现场控制，若否，启用远程网络诊断策略，将现场状态信息上传网由远程网络进行诊断，并将诊断结果和控制信息返回本机，同时进行外来信息的本机存储，并判断远程网络能否诊断，若能 ，由远程网络的诊断结果进行决策控制，反馈现场控制，若否，作现场诊断，并将诊断控制信息数据进行管理及存储。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王太勇，李宏伟，薜国光，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]