1 前言

　　由于采用了先进的制造技术及高新科技，数控机床在结构和性能上都发生了质的变化，造成了新式机床在结构和控制方式上与旧式机床差别很大。如果维修人员仍然按照旧有机床的故障诊断和维修方法以及实验数据维修新式机床，将会由于面对对象的不同而导致对故障判断的准确性不高，维修时间的成倍增长。因此，开发新的数控机床的远程故障诊断系统势在必行。

　　国内一些高校、企业已展开这方面的研究工作，但还处于起步阶段，它们尚存在如下不足：

　　（1）尚未进入具体实施阶段。研究的焦点集中在：网络体系的建立和协议的编写；研究专家系统的设计方法。前者仅仅是建立了一个拥有诊断工具的网络中心的网站系统，后者只是停留在设想阶段，尚未对机床运行状态的特征数据进行实时采集、处理和对机床采取的控制手段的研究与设计。

　　（2）使用成本较高。使用网络实时地传送大量传感器检测到的数据，会使机床一直占用网络，成本很高，这是企业难以承受的。

　　（3）缺乏对检测共性的研究，检测部位片面。大部分的研究还处于实验室阶段，只是针对某一台机床设计，没有共性，而且检测的部位只是机床结构中的某个部分，没有从整体上按标准要求检测。对于一台在企业运行的机床而言，这种检测是片面的。

　　（4）机床生产厂家要完成大量的数据处理工作。大部分的研究主张将采集的全部现场数据上传到厂家诊断中心。这样做的结果是机床生产厂家要对它所生产的所有故障机床的所有检测数据进行分析和处理，工作量随着机床产品的不断推出而加大，厂家负担很重。

　　（5）缺乏有效的信号特征提取方法（算法）。目前还没有发现有效的数据处理方法，大部分资料提供了可以使用的算法，但是没有证明哪种算法最有效。

　　本文将提出一个新系统，此系统借助于网络技术，在机床发生故障时，将提取的传感器检测到的数控机床（用户端）的运行状态的特征量和其它故障现象及时传送到机床生产厂家的诊断中心，经过专家系统的推理和诊断得到维修建议。系统再通过56789687 将诊断结果和维修建议传回给用户，并调派、指导维修人员进行维修。这样便大大地提高了诊断的速度和准确率。

2 系统的总体结构和功能

　　本系统的结构如图1所示。由图1可知，按部件功能可将系统分成四部分： 在线监测系统、故障状态信息系统、远程数据传送系统和厂家诊断中心。

图1 系统结构图

　　（1）在线监测系统

　　系统主要由若干传感器、信号调理电路和信息采集子系统组成。其中信息采集子系统主要由DSP处理器及其接口电路组成。系统中的传感器检测机床运行状态的特征信号（包括温度信号、振动信号等）， 并将信号送至信号调理电路进行放大和变换，然后经A/D卡将处理过的信号传递到信息采集子系统，再由信息采集子系统中的DSP处理器完成数字滤波、谱分析等工作，最后将信号分类整理处理后，送入故障状态信息系统。此外，其它的音频、视频信号经过预处理后，也输入故障状态信息系统。

（2）故障状态信息系统

　　系统的工作流程见图2，它主要完成如下工作：定时接收机床状态信息（包括特征信号和音视频信息）， 并存入数据库。分析处理所接收的数据。对机床运行状态作出评估。根据文献，机床的运行状态有正常、偏离正常功能（因为机床部件非正常运行引起的，通过调节参数或调整间隙可恢复正常）， 还是功能失效。针对不同的状态，系统执行相应的操作。本系统在机床运行正常时，只保存当前数据。运行偏离正常功能， 则发出警告，并提示对机床参数的修改意见。功能失效时，则需要提示操作者停机检查，并将检查结果填入故障情况登记表（系统提示页面）。

图2 系统流程图

　　（3）网络数据传送系统

　　系统主要由数据处理模块和数据传输模块组成。数据处理模块将机床运行状态的特征量和故障情况登记表打成数据包。通过数据传输模块，按照相应的网络协议，经internet将数据包传送到数控机床生产厂家的故障诊断中心，厂家诊断中心对故障进行诊断，并发回诊断意见，再由数据传送模块将诊断意见解包，送显示器显示。

　　（4）厂家诊断中心

该中心主要由数据处理和传送模块、用户管理模块、专家系统和专家会诊模块组成。由用户发出的故障信息经数据处理模块解包处理后，送专家系统进行推理判断得出诊断结果。如果故障较复杂，专家系统不能归纳出结果，就要通过专家会诊模块，预约专家进行人工诊断，然后再将诊断结果经数据处理模块打包， 经数据传送模块送出。与此同时，传送到诊断中心的数据经整理后保存到专家系统的数据库。用户管理模块既负责整个系统的用户注册，用户验证等工作，又负责通知调派维修人员上门维修并提供维修用具的清单。

3 本系统的技术特点

　　（1）应用对象是新型或大型、复杂的数控机床对一般的经济型数控机床的故障诊断来说，使用本系统的成本较高。本系统最适合新式数控机床或大型复杂的数控机床的参数调整和故障诊断。通过对机床偏离正常功能时的报警，保证了机床运行的稳定性；通过对机床故障的诊断及提供维修意见，缩短了维修时间。在新式数控机床或大型复杂的数控机床中，本系统的使用可以提高数控机床运行的稳定性，保证维修质量，提高维修效率。

　　（2）使用了DSP处理器。传统的基于计算机的分析方法精度不高，实时性差。基于DSP的方法具有高精度、高速度的特点，是工业控制领域的“新秀”。

　　（3）独立配置机床状态信息系统

　　数控系统是一种对实时性要求很高的系统，而数控机床现场检测的数据量又很大。若将机床状态信息系统放置在数控系统内，对数控系统来说将是个很大的负担。所以有必要将机床状态信息系统独立出来，只在数控系统内嵌入一个插件，用于实现数控系统中)45 接口数据与状态信息系统的共享。

　　（4）数据库简单化

　　新型或大型复杂的数控机床配有较多的传感器，它们将采集到大量的数据保存到数据库。不断增加的数据使数据库负担加重，数据的取舍成为一个重要的问题。由于数控机床正常运行时检测到的数据对故障诊断的意义不大，本系统根据机床的具体情况选择了一个合适的数据处理方法（算法）。然后通过故障状态信息评估， “忽略” 系统认为正常的数据，保留“出问题”的数据和最近期间的数据到数据库。这样建立的数据库数据量少， 数据结构简单。若将来算法改变，所需数据量发生变化，也可以很快地更新数据库。

　　（5）特征信号的处理由临时挂上网的机床状态信息系统来完成

　　与状态监测系统不同的是，此故障诊断系统不需要实时地经过internet传递监测数据， 机床并不是一直挂在网上。只是在出现故障时，机床才上网将数据上传。但本系统需要即时对机床状态作出判断，因此对检测到的机床状态数据的处理及特征信号的处理和分析要由机床状态信息系统来完成。如果数控机床生产厂家对信号的处理方法升级，也要将升级后的软件发给用户。

　　（6）扩大了数控系统的自诊断功能

　　数控系统的自诊断功能一般只检测机床动作和状态，不能检测数控机床部件的状态。本系统相当于扩大了自诊断功能，更进一步地监测机床。

4 系统优势

　　（1）诊断周期的缩短

　本系统采用了网络技术能够快速地传递故障信息和诊断结果，而且由于厂家诊断中心拥有全面数据库，实现资源共享，提高了诊断效率，从而使机床故障诊断时间处于“最短时间”状态。

　　（2）诊断的准确性提高

　　与传统的故障维修不同的是：参与维修的人员不再是某个人或某几个人，而是厂家诊断中心的专家系统或专家和维修人员共同参与诊断和维修，而且用户提供给数控机床制造厂家的信息是全面的、系统的，这样诊断的准确性大大提高了。

　　（3）诊断费用的降低

　　远程故障诊断系统中，移动的是数据而不是人，这样不但缩短了诊断时间， 也使维修人员在上门维修时可以“有的放矢”地携带适用的工具上门维修， 避免了不必要的人员浪费。与其它系统相比，本系统只是发送诊断信息和接收诊断意见时才需上网，使用网络的费用极低。

5 结束语

　　基于DSP处理器的数控机床远程故障诊断系统是立足于数控机床快速发展和广泛应用的基础上，针对数控机床的特点提出的；它的实用性强，成本低，可快速升级，互联性好； 它的研制成功将促进数控机床的发展。可以预见，基于DSP的数控机床远程故障诊断系统具有广阔的应用前景。