数控系统的机床数据采集

FANUC数控系统的机床数据采集(2012-05-2414:13:55)标签：?????分类：同西门子数控系统一样，日本发那科（FANUC）生产的数控系统是全球数控机床上装备的主要的系统之一。从上世纪70年代以来，其生产的系统种类较多，较常用的如早期的FANUC0/6/15/18系统等，后随着数字驱动技术和网络技术等技术的发展，又推出了i系列的系统，如FANUC0i/15i/16i/18i/21i/31i等数控系统。早期的FANUC系统开放性差，通常使用宏程序和硬件连接方式进行数据采集，但采集的数据比较少，而且实时性差，对加工和操作带来影响。但这类系统目前已逐渐淘汰，使用量比较小。在i系列数控系统中，由于配置的不同，则可使用不同的方法进行数据采集。在配有网卡的数控系统中可利用FANUC系统的数据服务功能实现数据采集。在FANUC的许多系统中网卡都是选件，而在最新的系统上，网卡逐渐变成了配置，如FANUC0i-D等。制造数据管理系统MDC对于具有以太网的FANUC数控系统，可采集的数据量也非常多。典型的数据包括：–操作方式数据：手动JOG、MDA、自动、编辑等–程序运行状态：运行，停止，暂停等–主轴数据：主轴转速、主轴倍率，主轴负载，主轴运转状态–进给数据：进给速度、进给倍率–轴数据：轴坐标，轴负载–加工数据：当前执行的程序号；当前使用的刀具–报警数据：报警代码、报警和信息内容所有数据均实时后台采集，不用任何人工干预。制造数据管理系统M对于不具有以太网的FANUCi系列的数控系统，也可采集大量的数据。典型的数据包括：–操作方式数据：手动JOG、MDA、自动、编辑等–程序运行状态：运行，停止，暂停等–主轴数据：主轴转速、主轴倍率，主轴负载，主轴运转状态–进给数据：进给速度、进给倍率–加工数据：执行的程序号；使用的刀具号–报警数据：NC报警和PLC报警状态所有数据均实时后台采集，不用任何人工干预，也无需修改NC程序。西门子数控系统在数控机床上得到了广泛的应用，尤其在高档数控机床上应用非常普遍。西门子数控系统的种类也非常多，如早期的SINUMERIK810M，SINUMERIK840C等模拟系统。从上世纪90年代开始，西门子的数字数控系统开始大规模的使用，形成了两大类主要的数控系统，即西门子SINUMERIK840D系列和西门子SINUMERIK802系列。1.西门子SINUMERIK840D/810D系列数控系统SINUMERIK840D系列包括SINUMERIK840D、810D、FM-NC、840Di，这些系统具有大部分相同的接口参数，大部分相同的部件和相同的通信接口。包括近期推出的SolutionLine系列的Sinumerik840Dsl,840Disl，都具有很多的共通性。在机床数据采集中，根据这些系统配置的人机界面单元的不同则采取的手段也就不同。该系列的人机界面单元包括采用通用操作系统平台和嵌入式操作平台两大类。通用操作系统的人机部件有早期MMC102、MMC103等，其系统包括Windows311、Windows32、Windows95等；当前使用的PCU50,等，其操作系统为Windows和WindowsXP等。在嵌入式操作系统的人机部件早期包括，当前使用的PCU20等。制造数据管理系统MDC针对这两类配置的数控系统，采用不同的方式实现数据采集，而采集的数据上基本相同，可采集的数据量也非常多。例如，典型的数据包括：–操作方式数据：手动JOG、MDA、自动等–程序运行状态（运行，停止，暂停等）–主轴数据：主轴转速、主轴倍率，主轴负载，主轴运转状态–进给数据：进给速度、进给倍率–轴数据：轴坐标（机床坐标系、工件坐标系统），轴负载–加工数据：当前执行的程序名称、程序路径；当前使用的刀具–报警数据：报警代码、报警信息内容、报警时间所有数据均实时后台采集，不用任何人工干预。2.西门子SINUMERIK802系列数控系统西门子SINUMERIK802系列数控系统包括SINUMERIK802S/802C/802D数控系统和SolutionLine系列的SINUMERIK802Dsl/828D等数控系统。其在数据接口、操作部件和软件通信上具有许多相通之处。根据配置和版本的的不同，其通信接口也可分为两大类：以太网通信和串口通信。SINUMERIK802S/802C/802D以及早期版本的SINUMERIK802Dsl系统，不具备以太网通信功能，SINUMERIK802Dsl后期版本和SINUMERIK828D系统具备以太网通信功能。针对不具备以太网通信功能的西门子802系列数控系统，制造数据管理系统MDC可采集到如下的典型数据：操作方式：手动，MDA、自动等主轴数据：主轴转速、主轴倍率，主轴功率、主轴运转状态进给数据：进给倍率、进给保持状态程序运行状态（运行，停止，暂停等）加工数据：当前使用的刀具号报警数据：NC报警，PLC报警状态和PLC报警号所有数据均实时后台采集，不用任何人工干预。针对具备以太网通信功能的西门子802系列数控系统，制造数据管理系统MDC可采集到大量的数据，其数据量与SINUMERIK840D系列相当。例如，典型的数据包括：操作方式数据：手动JOG、MDA、自动等程序运行状态（运行，停止，暂停等）主轴数据：主轴转速、主轴倍率，主轴负载，主轴运转状态进给数据：进给速度、进给倍率–轴数据：轴坐标（机床坐标系、工件坐标系统），轴负载加工数据：当前执行的程序名称、程序路径；当前使用的刀具报警数据：报警代码、报警信息内容、报警时间所有数据均实时后台采集，不用任何人工干预。制造数据管理系统MDC（ManufacturingDataCollectionandControl）主要用于采集数控机床和其他智能设备的工作和运行状态数据，实现对设备的监视与控制，并对采集的数据进行处理，也可为MES和ERP等其他软件提供数据支持。MDC系统是机床数据采集系统和机床数据分析出理系统的集成，是具有数据采集，机床监控，数据分析处理，报输出等功能的车间应用管理和决策支援系统。MDC系统和NC程序传输系统DNC采用相同的网络结构，系统架构上也完全兼容，因此可采用同一网络的硬件资源，降低硬件投入，简化系统维护，共享数据资源，从而使用户获得最大的收益。MDC系统充分利用机床已有的硬件资源，实现机床通信资源的共享。如MDC和DNC系统可共用数控系统的网卡或者串口通信端口进行数据采集和程序传输的功能。例如西门子802D/C/S系统、FANUC0i系统共用一个串口实现MDC/DNC两个系统的功能需要。MDC系统的特点：1)基于以太网络通讯平台以通用以太网为骨干网络，减低硬件投入，增强了数据通讯能力，奠定车间与工业以太网的发展相适应能力。基于以太网络的模式从而充分利用车间现有网络，可完全与DNC网络兼容。2)灵活的数据采集方式由于如今金属加工工业的数控机床数量较大，采用单一系统或单一机床的企业很少，对于大多数企业，其机床种类比较多，新旧不一，因此如果采用某一种数据采集方式则缺乏灵活性，从而使得能采集的数据不能最大化。而根据车间现场具体设备情况采用相应的数据采集方式，既能获得最大的数据量，又能有效的控制成本投入，取得最佳的性价比。制造数据管理系统MDC常见的采用如下方式：软件通讯方式（TCP/IP、串口通讯等）工业总线方式（如PROFIBUS、MODBUS，CAN总线等）硬件方式（数据采集模块）终端数据采集3)丰富的采集数据量　　从简单的开关量到复杂的模拟量和字符串，制造数据涵盖车间现场需求的各个方面。常用数控系统（Siemens、Fanuc、Heidenhain、Num等）经验丰富的二次开发能力，多样化的数据采集手段，让数据的获取拥有最大的可能。典型采集数据：机床操作状态：手动、自动等主轴转速、主轴倍率，主轴功率进给速度、进给倍率程序运行状态（运行、停止、暂停等）当前执行的程序名或程序号当前使用的刀具号报警状态和报警信息等4)实时、后台化的数据采集通过与数控系统、PLC系统、以及机床电控部分的集成，实现对机床数据采集的自动化执行，不需要操作人员的手动操作，这样既保证了数据的实时性，也减少了人工操作产生的失误，保证数据的真实和准确性。5)专业化、可视化数据处理和分析针对金属加工行业和离散型加工的特点，在采集数据的数据挖掘方面，提供更为专业化的分析和处理。可视化的数据处理和丰富的图形展示功能，涵盖了车间应用的各个方面。并对设备和生产相关的关键数据进行统计和分析如开机率，主轴运转率，主轴负载率、NC运行率，故障率。6)与DNC系统良好的兼容性MDC系统与NC程序传输系统（DNC）具有良好的兼容能力。MDC系统与DNC系统采用大部分相同的网络硬件和通信硬件资源。除与公司自身的DNC系统完全兼容并集成外，也与与CIMICO、Predator、CAXA等第三方的DNC系统兼容。系统应用范围：根据机床的配置情况，MDC系统支持各种接入方式的混合接入，可应用于各类数控机床及PLC控制设备。1)采用软件通信实现对机床的大量数据采集以软件通信手段为主，采用以太网、串口、MPI总线等设备进行通信实现数据采集。该方式几乎不用增加过多硬件即可实现对机床全面的数据采集和监控，其采集和监控的数据量大，几乎包括数控系统的各个方面的数据典型机床配置机床系统配置西门子840D/810D系列从早期的到WinXP各系统，从无硬盘的MMC100到有硬盘的PCU50。系统包括：840D、810D、FM-NC、840Di、840Dsl、840Disl西门子802系列802S、802C、802D、802Dsl、828DFANUCi系列系统配有以太网接口的使用以太网，无网卡的使用串口HEIDENHAIN系统MillPlus、TNC426/430、iTnc530马扎克（Mazatrol）系统MazatrolFusion640三菱（MITSUBISHI）系统M70、C70、M60、E60……NUM系统FlexiumCNC、AxiumPowerCNC…………典型的采集数据：机床开关机状态机床操作状态：手动，自动，MDI等主轴转速、主轴倍率，主轴功率进给速度、进给倍率程序运行状态（运行，停止等）当前执行的程序名称和路径或程序号报警信息及其报警内容或者报警状态2)采用硬件-数据采集模块进行数据采集其他无软件通信能力的机床则可采用数据采集模块实现基本的数据采集，可充分利用机床的电气设计来完成一定的数据采集，通常可采集如下数据：机床开关机状态主轴功率机床运行状态机床三色灯状态各种模拟和数字信号机床在生产加工过程中通常分为连续型加工和离散型加工两种类型。连续型加工的特点是长时间的单一循环过程的加工，如汽车发动机生产线等，其机床的加工工艺和过程几乎是从不改变的，主要应用于大规模的批量生产。离散型加工则见也小批量和单件加工，工艺和程序更换频繁，生产过程不易控制。典型离散型工业拥有大量的各种数控机床和设备，包括不同时期、不同种类的和不同配置的机床，因而数据采集的方法也就不同。另一方面由于离散型加工的特点，从生产管理和控制上的需要，则要采集尽可能多的数据，如加工的程序，主轴运转状态，机床运转状态，倍率多少，报警状态等等与生产管理相关的信息。因此，机床数据采集具有以下特点：1.采集方式的多样性针对不同数控系统，不同通信协议和连接方式（以太网、串口等）采用相匹配的方式或者混合方式达到采集数据的最大化。2.采集数据的定制性针对数控机床的具体配置和设置，获得所需定义最准确的数据。每一台机床可能都具有其特殊性。如同样的数控系统，采用数字主轴和模拟主轴，其采集的数据也有所差异。又如在很多磨床中，主轴（砂轮）要求始终不能停止，无论机床是否在运行或停止，而其他机床通常在机床停止时主轴也停止了。3.采集数据的统一性由于数控系统和机床设计的差异，其状态的定义也各不相同，如西门子系统中操作方式包括手动、自动、MDA，而FANUC系统的操作方式则有MDI、自动运行、存储器编辑、手轮、JOG手动等定义，但在上层管理应用上则应和统一定义，才能在企业管理层统一应用。现在国内外市场上出现了一些对数控机床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一.对高档机床数控系统的数据采集目前常见的数据采集厂家都采用数控系统厂商提供的数据采集软件或系统二次开发软件来进行数据的采集。其典型的系统采集方式如下：1.西门子840D/810D系列系统1）采用以太网进行数据采集。通常要求西门子840D系列系统采用PCU50的人机计算机，和WindowsXP操作系统，采用以太网卡进行数据采集。在PCU50上安装采集软件，如西门子的MCIS（运动控制信息系统）或者采用OPC接口进行数据采集。这种方式采集的数据比较多但对系统配置要求比较高。对于老840D/810D和FM-NC等系统受到限制。如采用win32或win95的MMC103的人机单元，PCU20和等无Windows平台配置的机床。2）再有采用PLC通信的方式。就是通过对西门子840D系统机床的S7-300的PLC进行远程访问，从而对机床的一部分数据进行采集。该方式与数控系统的人机单元没有要求。但机床的PLC因与具体的机床相关联，需要对每一台机床的PLC都比较熟悉，才能保证机床的正常运转不受影响。3）对西门子中低档系统如802D、802Dsl、828D、802C、802S等机床无有效的数据采集方法。系统1）采用以太网进行数据采集。通常要求FANUC系统具有以太网功能，通过FANUC的FOCAS开发软件包进行开发数据采集软件。采集的数据量比较大。缺点是对机床配置要求比较靠高，不适应于大量无网卡的机床。2）串口数据采集。常见的采用宏程序进行数据采集。该方式需要在加工宏程序中加入FANUC的串口打印输出指令将数据从串口输出。其缺点一是输出的数据有限，如操作方式、报警状态、倍率信息等输出比较困难；二是输出的数据并非真正的实时数据，只有打印输出指令执行时采用数据输出，机床状态发生改变时并不会立即输出数据；三是要在加工程序中加入采集指令，对加工程序的编制带来影响，会人员的工作量。因此宏程序数据采集属于有限半自动式数据采集，其数据的有效性受到很大的影响。系统常见的对iTNC530等系统采用以太网进行数据采集。通常采用海德汉的DNCRemoTools软件包进行数据采集。该方式采集的数据量比较大。其缺点是机床的DNC功能选项必须打开，对于NC软件版本较高的系统如34049x以上的均需要向厂家购买授权。另外对主轴扭矩等不能直接进行采集，而且DNCRemoTools软件包针对不同版本的系统其能采集的数据也有较大的区别。4.其他常见的软件采集方式其他常见的系统如MAZAK640，三菱M70系列，FIDIAC2/C20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。对于多数日系数控系统，大多支持串口打印输出的NC指令，因而可使用宏程序进行数据的采集。5.采用硬件进行数据采集该方式通常采用数字量和模拟量的数据采集模块，采集机床的IO信号从而实现对机床状态的监控。该方式的优点是不受系统的限制，使用广泛。缺点是采集的数据比较少，具体采集的数据受到机床电气设计的限制，另外现场接线改动比较大，对机床和采集系统的维护带来一定的风险。