数控加工中心信息智能采集技术的现状与趋势


伯特利数控 加工中心  钻攻中心  

 前言:

 

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20世纪80年代以来,众多国家都把先进制造技术的研究和开发作为国家的关键技术进行优先发展,涌现出一批有代表性和影响力的制造模式及相关技术体系,有力地推动了制造业的发展W。作为_个工业大国,我国的制造业正面临来自发达国家加速重振制造业与发展中国家以更低生产成本承接国际产业转移的“双向挤压。在这种严峻形势下,我国唯有加快研发智能制造技术,提高工业化水平,以此来应对传统忧势减弱的挑战。传统的制造业技术正逐步向自动化、信息化技术发展,通过高新技术改造制造业是现代制造业发展的必然趋势,是企业生存和发展的必要途径,所以智能制造被越来越多的国家所提出或实施夂现代企业制造车间中绝大部分都是数控加工中心,但由于现有的数控加工中心种类繁多,并且不具备把内部信息自动输出的功能,极容易形成“信息孤岛”。因此,对数控加工中心进行数据智能采集是建设数字化车间的一个关键环节。通过对数控加工中心信息采集系统的研发,将会促使企业的办公、管理和生产趋于自动化、网络化和智能化w,从而达到加强企业管理、减少工作失误、提高工作效率的目的,对数控加工中心利用率的提高、企业的发展均有重要意义。研究制造设备数据采集在加工中心监管的自动化,信息化和我国制造业发展十分重要。

1数控加工中心信息采集系统研究现状

 

目前,国内外主要是针对SIEMENS系统和FANUC系统进行数控加工中心数据采集研究。因为相对
于其它系统而言,这两种系统在实际生产中应用最
为广泛。

 

国外_般大型数控厂商的数控系统都开发有相应的数据采集系统与之相配套。国内由于数控系统还不是很成熟,目前的研究还主要集中在对国外数控系统的数据采集上,常用的系统整体结构如图1所示。

 

由于加工中心的种类非常多,加工中心的数据采集方法不可能做到完全一致,要实现统_的数据采集,就必须根据加工中心的不同类型设计出不同的采集方法。目前,数控加工中心的主要数据采集方式有如下三种。其中,一种是基于标准通信接口的数据采集方式,这种方式中,数控加工中心的标准通信接口主要是0PC接口、RS-232串口、DNC接口等接口。当前,大部分数控加工中心都带有标准的通信接口,计算机可以直接通过这些接口与数控加工中心进行信息交换,从而实现对数控加工中心的数


 

据采集。第二种是基于PLC ( Programmable LogicControl)控制的数据采集方式,这种方式中,对于车间中一些老式的加工中心,本身不含有与外部通讯的接口,只能通过加工中心的电器电路以及加工中心内部的PLC进行加工中心信号的采集。这些信号可以通过外接PLC数据采集卡等硬件来完成。上述基于数控加工中心电器电路及PLC的采集方法,在实际应用中并不具有通用性。在现代企业车间,要实现完整的数据采集系统必须将这些方法综合起来,灵活地运用,这样才能真正意义上实现企业制造车间的数字化。第三种是基于硬件的数据采集方式,这种方式中,数据是通过采用数字量及模拟量的进行采集,能够对加工中心的I/O信号进行检测以此实现对加工中心状态的监控。

2数控加工中心信息采集主要方式的对比分析

 

现在国内外市场上出现了一些对数控加工中心进行数据采集和监控的系统。现对这些系统的采集方法进行比较常见的数据采集软件普遍都是数据采集软件或系统二次开发软件来进行数据的采集。

 

2.1采用标准通信接口进行数据采集方式

 

0)  基于数控加工中心的 PC (OLE for Process Con-trol) 接口数据采集文中英文简称格式要 一致。

 

西门子系列的高档系统和FANUC系统都可以通过采用0PC的方式进行数据采集。巴西圣保罗大学基于加工中心0PC接口,实现对加工中心的状态信息采集及远程访问。德国约翰内斯•海德汉博士公司研制的Heidenhain系统中大部分米用以太网对0PC接口进行数据采集%中国科学院大学的王帅采用多线程与0PC技术作为信息采集的手段,在建立0PC客户程序与数控设备的DCOM通讯连接的基础上对服务器进行数据采集p]。在采集中只需对0PC接口及采集软件做相应的配置即可,而无需额外添加硬件设备,并且这种方式能采集到加工中心几乎所有的状态信息。浙江大学付林云研发的基于0PC的数控加工中心数据采集系统,通过加工中心以太网口采集加工中心信息I南京工程学院李亚鹏通过利用C#编写0PC客户端程序,易控组态软件作为OPC服务器,实现了客户端程序对易控0PC服务器的访问并且获取了服务器中的数据,从而实现了数据的实时采集I这种采集方式的优点是米集到数据比较多,缺点是对加工中心配置要求比较高,老式加工中心会受到限制。

 

@基于数控加工中心的DNC接口数据采集

 

这种采集方法主要是通过对加工中心系统或者电气电路的特定部位设置采集点,测试出控制电路的电压信号,通过对照检测电压信号的变化,实现加工中心状态数据采集的功能。对于自带DNC通讯接口的高档数控,通过在DNC接口外接数据采集卡并运行相应的软件,实现对数控加工中心的数据采集功能。通过这种类型的DNC外接口,还可以实现对加工中心加工信息的实时采集和远程控制,并可以实时加工中心主轴转速、进给速度、刀具使用寿命等信息进行采集。日本mori-seiki 公司研制的 MORI-NET Global Edition 信息采集软件能够实现对数控加工中心的监控及远程控制等^并把各种加工信息及采集的辅助信息能够分享或者上传至网上刚。南京航空航天大学武国峰通过外接数据采集卡的方式利用DNC实现了对数控加工中心的运行状态、完工零件等信息的采集M

 

0基于数控加工中心的RS-232串口数据采集

 

这种采集方法主要是通过RS-232串口在数控加工中心的控制程序里加入特定的宏程序指令,通过对返回的状态信息,如加工中心刀具坐标、加工状态、主轴转速、进给速度等信息的实时采集。日系数控系统,如MAZAK ,三菱M70系列等采用系统厂商的数据采集软件进行数据采集,均能采集比较多的数据[12]大多支持串口编写宏程序,因而可使用宏程序进行数据的采集。北京华洋宏软件公司研制的DNC-NET软件。该采集方式的优点是适用于老式的加工中心;缺点是加工中心输出的数据类型有限,想要对操作状态,监控等信息输出较为困难,尤其是当加工中心处在非加工状态时,就不能采集到加工中心状态信号。其次,加工中心输出数据有延时,不能够实时显示加工中心的运作状态。并且,采集需要要在加工程序中加入采集指令,程序编制复杂、较为麻烦因此,宏程序数据采集一般只运用于老式加工中心数据采集间。

 

2.2采用PLC控制方式对加工中心的数据采集方式

 

这种采集方式主要是通过加工中心的电器电路以及加工中心内部的PLC进行加工中心信号的采集。如美国Predator Software 软件技术公司研发的盖勒普系统MDC ^Manufacturing Data Collection & Status Manage-men$ 该系统能够实现对现场数据进行实时采集

 

并在分析管理之后,将信息存储在 Access , SQLOracle等数据库中,能通过数控设备PLC进行数据采集,SiemensFanuc、Heidenhain等多种型号控制系统均可被采集。

 

由于数控加工中心多用PLC控制,在计算机网络快捷、高效的时代下,PC-PLC网络成为数控加工中心数据采集与监控的一个研究方向中国计量学院的王国强利用SieniensPLC设计监管加工中心运行,实现对加工中心信息采集但是由于数控加工中心的封闭性,为保证机床的正常工作需要熟悉每一台加工中心的PLC.实际应用中将很难直接从PLC读取加工中心的各种信息,这种


 

采集方式的优点是对人机单元没有要求;缺点是需要对每一台加工中心的PLC都比较熟悉,以保证加工中心的正常工作。而且SiemensFANUC数控加工中心自带的信息采集及检测软件价格相对昂贵。

 

 

2.3基于数控加工中心的硬件数据采集方式

 

 

这种数据采集方式是通过采用数宇量及模拟量的数据进行采集,能够对加工中心的I/O信号进行检测以此实现对加工中心状态的监控。南京航空航天大学的徐永乐数控加工中心信息采集系统以ARM9为硬件平台,通过开发I/O接口电路,实现加工中心侧信号到ARM端信号的转换[17]。这种采集方式的优点是不受系统的限制,使用范围广;缺点是采集的数据少,当变动程序时,现场线路也将会随之改动,较为麻烦。

 

通过对上述三种采集方法的介绍可以得知,每种方法都有各自的优点,但也有其局限性。在选择方案的时候必须充分考虑加工中心的型号与所配有的通信接口以及所需要采集的信号种类。如表1所示是对上述几种信息采集方法的比较。


3数控加工中心信息采集方式的发展趋势

 

在工业4.0发展和《中国制造2025》的大前景下,国外很多企业对网络化车间管理和加工中心信息采集进行了研究开发,如德国Siemens公司研制的MCIS (Motion Control Information System)运动控制

 

 

信息系统采集软件[18],丹麦CIMC0公司研制的MDC-Max 6信息采集软件美国上升科技公司研制的extremeDNC信息采集软件。相较于国外的加工中心信息管理系统,国内在这方面还处于起步阶段,我国市场上较为成熟的加工中心采集系统还较少,与国外产品相比仍有许多不足之处。比较有代表性的有北京机床研究所研发的DNC系统,北京兰光创新科技的CIMC0-DNC系统等,九思易的自动化监控与信息管理平台等[21]

 

 

德国工业4.0等发展策略推动着智能制造,机械制造技术等核心产业的发展变革,影响着制造业的
发展趋势,同时也影响着加工中心信息采集的发展趋势
,主要发展趋势为:

 

 

0)提高数控设备利用率减少了数控设备可加工时间的相对浪费;

 

 

©通过智能化加工控制对加工过程中外部变进行采样监控,以此来实现加工参数的自动修正与补偿。

 

 

4结束语

 

我国是一个工业大国,加工中心信息采集的发展对我国工业的发展有着重要的意义。加快推进加工中心信息采集技术的研发是今后发展的必然趋势。与国外相比,我国现阶段成熟的信息采集系统还较少,研制出适合国情的数控信息采集系统,能实现资源共享和对数控设备的重组,并能提高数控加工中心使用效率,这是今后发展的重要趋势。

 

 

伯特利数控是一家集销售、应用及服务于一体的公司。产品包括:CNC加工中心钻攻中心龙门加工中心雕铣机石墨机五轴加工中心立式加工中心卧式加工中心等。我们机床的生产工厂设在广东省东莞市,目前其生产的加工中心70%出口,其中出口到欧洲占到50%。我们尽心、尽力、尽意的服务!

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