一种具有移动通讯能力支持数据定制的数控机床运行数据采集终端的制作方法

本发明涉及一种具有移动通讯能力支持数据定制的数控机床运行数据采集终端，属于数据采集的技术领域。

背景技术

制造业是一个国家的支柱产业，是国家发展的基石，随着我国制造业的发展，数控机床作为高端生产设备也越来越普及。而数控机床往往分散在不同的地区，这就导致机床生产厂商对自家机床的检查维护工作变得很麻烦。数据采集终端的开发，使机床厂能通过服务器实时监控数控机床的状态信息、报警历史和历史数据等，大大提高了维护设备的效率，避免了无效的问询和路途奔波。由于断电引起的采集过程中断，导致数据的可靠性及完整性降低，所以保证设备不断电，保证采集过程的稳定性也十分重要。

一种具有移动通讯能力支持数据定制的数控机床运行数据采集终端由硬件和软件组成。采集系统软件基于c++、focas函数库为基础技术平台，采用ethernet/ip等协议对数控机床的运行状态和配置信息进行采集并按要求与服务器进行信息交互。

技术实现要素：

本发明的目的在，针对现有的技术问题，提供一种具有移动通讯能力支持数据定制的数控机床运行数据采集终端，便于与机床连接、具有与服务器端基于4g的通讯模块、具有延时断电功能、可按需求定制所采集的信息、多样化的数据传输机制。

为达到上述目的，本发明发用以下技术方案：

一种具有移动通讯能力支持数据定制的数控机床运行数据采集终端，包括：ups模块（1）、主板（2）、4g通讯模块（3）、开关电源（4）、ac220v插头（5）、24v继电器ka1（6）、24v继电器ka2（7）、5v延时模块kt1（8）、5v继电器ka3（9）rj45接口（10）、plc24v供电信号接口端子排（11），其特征在于：ups模块（1）的输入端与ac220v插头（5）相连，ups模块（1）的充电端与蓄电池连接。主板（2）的输入端与ups模块（1）的输出端连接。ups模块（1）可以持续给主板（2）供电。24v继电器ka1（6）输入端与plc24v供电信号接口端子排（11）连接，其常开触点与主板（2）的开关触点连接。24v继电器ka2（7）输入端一端与开关电源（4）的输出端连接，另一端与24v继电器ka1（6）连接。5v延时模块kt1（8）的输入端的一端与主板（2）上的usb5v供电连接，另一端与24v继电器ka2（7）的常开触点连接。5v继电器ka3（9）的输入端一端与主板（2）的usb5v供电连接，另一端与5v延时模块kt1（8）的常开触点连接，其常开触点与主板（2）的开关触点连接。当plc24v供电信号接口端子排（11）接收到机床plc的供电信号时，与之相连的24v继电器ka1（6）常开触点闭合，此时继电器ka2（7）线圈也得电，其常开触点闭合，常闭触点断开，完成自锁动作。此时主板（2）上的与24v继电器ka1（6）常开触点连接的开关触点接触完成开机动作。保存在主板中的数据采集程序启动，初始化后开始按要求采集数据，通过主板（2）上的4g通讯模块（3）将采集的数据发送至服务器，加工任务完成后机床断电后，ups（1）可以持续给主板（2）供电，主板（2）的usb5v给延时模块kt1（8）、继电器ka3（9）供电，受机床断电的影响，24v继电器ka2（7）常闭触点闭合，延时模块kt1（8）的常开触点闭合后断开，所以5v继电器ka3（9）的常开触点也闭合后断开，主板（2）上的与5v继电器ka3（9）的常开触点连接的开关触点再次接触，完成采集终端的正常关机动作。

采集终端通过rj45接口（网口）（10）与机床连接，通过4g通讯模块（3）服务器与通讯，如果连接中断采集终端会不断与机床和服务器重连，确保与它们进行正常通讯。当采集终端与机床和服务器正常通讯后，采集终端里的数据采集软件会自动读取事先创建好机床标识文件，与机床进行通讯，识别机床基本信息；当机床身份识别后，采集终端会读取事先创建好的机床控制文件读取所需定制采集的信息；并向服务器主动推送刀具信息、机床运行状态、加工信息、实时报警信息；根据事先创建的机床控制文件的定时采集时间，采集终端会将采集到的机床的定时报警历史、操作历史、通用数据包、专用数据包保存到本地，并上传至服务器端；当接收到服务器实时采集请求时，采集系统会根据服务器请求读取所需采集的信息包括：加工时间、刀具信息、产量统计、报警历史、操作信息、操作历史、宏变量、pmc变量、nc程序并发送至服务器。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实际性特点和显著优点：1.便于与机床连接；2.支持定制数据采集，采集的数据类型多；3.基于4g模块传输；4.有持续供电的ups系统，保证采集过程的稳定性。

附图说明

图1是本发明的采集终端的电路原理图。

图2是本发明的采集终端的接线示意图。

图3是本发明的采集终端数据采集传输示意图。

图4是本发明的数控机床标识文件示意图。

图5是本发明的数控机床控制文件示意图。

图6是本发明的采集终端上电断电时序图。

图中：

1：ups模块2：主板3：4g通讯模块4:开关电源5：ac220v插头6：24v继电器ka17：24v继电器ka28：5v延时模块kt19：5v继电器ka310：一个rj45接口（网口）11：plc24v供电信号接口端子排。

具体实施方式

实施例一：参见图1~图3，具有移动通讯能力支持数据定制的数控机床运行数据采集终端，包括：ups模块（1）、主板（2）、4g通讯模块（3）、开关电源（4）、ac220v插头（5）、24v继电器ka1（6）、24v继电器ka2（7）、5v延时模块kt1（8）、5v继电器ka3（9）rj45接口（10）和plc24v供电信号接口端子排（11），其特征在于：ups模块（1）的输入端与ac220v插头（5）相连，ups模块（1）的充电端与蓄电池连接；主板（2）的输入端与ups模块（1）的输出端连接。ups模块（1）可持续给主板（2）供电；24v继电器ka1（6）输入端与plc24v供电信号接口端子排（11）连接，其常开触点与主板（2）的开关触点连接；24v继电器ka2（7）输入端一端与开关电源（4）的输出端连接，另一端与24v继电器ka1（6）连接；5v延时模块kt1（8）的输入端的一端与主板（2）上的usb5v供电连接，另一端与24v继电器ka2（7）的常开触点连接；5v继电器ka3（9）的输入端一端与主板（2）的usb5v供电连接，另一端与5v延时模块kt1（8）的常开触点连接，其常开触点与主板（2）的开关触点连接；工作原理：当plc24v供电信号接口端子排（11）接收到机床plc的供电信号时，与之相连的24v继电器ka1（6）常开触点闭合，此时继电器ka2（7）线圈也得电，其常开触点闭合，常闭触点断开，完成自锁动作；此时主板（2）上的与24v继电器ka1（6）常开触点连接的开关触点接触完成开机动作；保存在主板中的数据采集程序启动，初始化后开始按要求采集数据，通过主板（2）上的4g通讯模块（3）将采集的数据发送至服务器，加工任务完成后机床断电后，ups（1）可以持续给主板（2）供电，主板（2）的usb5v给延时模块kt1（8）、继电器ka3（9）供电，受机床断电的影响，24v继电器ka2（7）常闭触点闭合，延时模块kt1（8）的常开触点闭合后断开，所以5v继电器ka3（9）的常开触点也闭合后断开，主板（2）上的与5v继电器ka3（9）的常开触点连接的开关触点再次接触，完成采集终端的正常关机动作；此采集终端具备的功能：便于与机床连接、具有与服务器端基于4g的通讯模块、可按需求定制所采集的信息、多样化的数据传输机制。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：所述ups模块（1）有220v交流电输入端、蓄电池充电端、12v-5a直流电输出端，它由机床电柜中的220v交流电供电，经转换后将12v-5a的直流电供给主板（2），如果机床电柜断电，ups模块（1）中的蓄电池还可以持续给主板（2）供电，完成正常的关机。保证了数据的可靠性和完整性，延长了设备的使用寿命。所述24v继电器ka1（6）有两组常开常闭触点，它的额定电压为直流24v，由plc24v供电信号接口端子排（11）供电，plc24v供电信号接口端子排（11）一端与需要监控的机床的plc24v直流电输出端连接，另一端与24v继电器ka1（6）输入端连接。通过外部plc的供电，控制24v继电器ka1（6）的常开触点的断开与闭合。24v继电器ka2（7）拥有两组常开常闭触点，它的额定电压是24v，它输入端一端接在开关电源（4）的输出端，另一端接在24v继电器ka1（6）的常闭端，5v延时模块kt1（8）有一组常开常闭触点，它的额定电压为5v，它的输入端一端接在继电器ka2（7）的常开端，另一端与主板（2）上的usb5v的供电端连接；5v继电器ka3（9）有一组常开常闭触点，它的额定电压为5v，它的输入端一端接在延时模块kt1（8）的常开端，另一端与主板（2）的usb5v供电端连接。当机床断电后，24v继电器ka2（7）的常闭触点闭合，此时5v延时模块kt1（8）常开触点闭合后断开，24v继电器ka3（9）常开触点也闭合后断开，主板（2）与继电器ka3（9）的常开触点相连的开关触点接触，完成关机的动作。便于与机床连接：与数控机床电控柜之间只需要连接3个接口，分别是数控系统电控柜通过ac220v插头（5）给采集终端供电；数控系统通过rj45接口（网口）（10）与采集终端进行网络通讯用于数据采集；数控机床电柜plc通过24v供电信号接口端子排（11）与采集终端通连接以控制采集终端的启动。与服务器端基于4g的通讯模块（3）：不依赖于企业的局域网与互联网连接，只需通过4g就可以与服务器连接。当4g信号出现问题与服务器连接中断时，采集终端会启动自动检查和自动重连机制程序，确保与服务器的正常通讯，保证数据的正常传输。可以从多种数据类型中选择所要采集的数据，包括：加工时间、刀具信息、产量统计、系统报警、制造商报警、操作信息、操作历史、宏变量、pmc变量和数控机床nc程序，通过rj45接口（10）将编写好的ini格式的采集数据控制文件，传输至主板（2）并解析该ini格式的控制文件，即可令采集终端按控制文件中的要求采集所需的信息。采用不同的传输机制：①.主动向服务器推送实时数据，包括：加工时间、刀具信息、产量统计、系统报警、制造商报警，可直观的了解机床的运行状态；②.及时响应服务器请求，发送所要求数据，包括：报警历史、操作信息、操作历史、宏变量、pmc变量、数控机床nc程序，用于机床维护，以及生产率的统计。

实施例三：本发明的优选实施例结合附图详述如下：

具有移动通讯能力支持数据定制的数控机床运行数据采集终端的采集过程包含以下步骤：

s1：将本发明所述的采集终端与数控机床电柜进行集成，具体做法为：将采集终端的rj45接口（10）通过网线与机床连接。将ac220v插头（5）接入数控机床电柜给采集终端供电，最后将数控机床plc24v供电信号线接入采集终端的plc24v供电信号接线端子排（11）；

s2：用户预先创建机床标识文件，标识文件用于记录每台机床的名字，型号，ip地址，端口号以及服务器的ip地址、端口号。配置文件在记事本中进行编辑，编辑完成后将后缀改为.ini格式。完整的标识文件的文件名必须是“机床标识.ini”的格式。

s3：用户预先创建机床控制文件，控制文件用于机床每天的实时监控，用于读取和写入数据。控制文件在记事本中进行编辑，编辑完成后将后缀改为.ini格式。控制文件的文件名为“控制文件.ini”。控制文件中设有三个字段名[history]、[generaldatapackage]和[dedicateddatapackage]：

①.[history]字段下面设定需要读取系统报警、制造商报警以及操作历史的条数。例如需要读取10条系统报警则将字段修改成“alarmhistory=10”；

②.[generaldatapackage]字段下面设定通用数据包中需要读取或写入的宏变量、pmc变量和系统变量的信息。g_rdmacrovariable用于设置需要读取的宏变量，例如需要读取#100、#101这两个宏变量，则将字段编辑为”g_rdmacrovariable=[100;101]”；

③.g_wtmacrovariable用于设置需要写入的宏变量，例如，需要设置#100=0.1、#101=0.02，则“g_wtmacrovariable=[#100=0.1;#101=0.02]”。如果无数据写入，则将字段编辑为“g_wtmacrovariable=[]”；

④.g_rdpmcvariable:用于设置需要读取的pmc变量，例如，需要采集地址为1和2号的x型pmc变量，其数据存储类型为字节类型，则“g_rdpmcvariable=[b:x&1;b:x&2]”。

⑤.g_wtpmcvariable:用于设置需要写入的pmc变量，例如，需要设置0和1号的x型plc的值为1和2，则“g_wtpmcvariable=[b:x&0=1;b:x&1=2]”。若无数据写入，则“g_wtpmcvariable=[]”；

⑥.g_rdsystemvariable:用于设置需要读取的系统变量，例如，需要采集#3100和#981系统变量的数据，查阅数控机床手册查得#3100参数为位型，则变量类型为11，#981参数为字节轴型，则变量类型为24。即g_rdsystemvariable=[3100&11;981&24]；

⑦.g_rdprogram:用于设置需要读取的程序号。例如，需要采集程序号为1、2的程序段，则将字段修改为“g_rdprogram=[1;2]”；

[dedicateddatapackage]各字段的修改方法和[generaldatapackage]相同。

s4：机床上电后由数控机床的设定上电逻辑由机床的plc发出采集终端的上电信号后，24v继电器ka1（6）通电，其常开触点闭合，主板（2）上的与24v继电器ka1（6）常开触点连接的开关触点连接接，此时采集终端开机，此时24v继电器ka1（6）另一路的常开触点也闭合，24v继电器ka2（7）线圈得电，并自锁，24v继电器ka2（7）的常闭触点断开。当启动完成后，数控机床的plc供电信号会断开，此时24v继电器ka1（6）与主板（2）开关触点连接的常开触点断开；

s5：采集终端启动后，采集程序自动启动并初始化。解析机床标识文件，识别机床的名字、型号、端口、ip地址与数控机床连接；通过解析标识文件中的服务器的ip地址和端口号，采集终端与服务器建立连接。此时采集终端会向服务器发送握手信号，如果通讯成功，服务器会反馈握手信号。如果通讯失败，则不断重连。直至成功以确保与服务器和机床正常通讯；

s6：采集终端正常通讯后，服务器向采集终端发送控制文件，按照控制文件的要求采集所需的信息主动向服务器推送，包含刀具信息、机床运行状态、加工信息、实时报警信息；

s7：当需要接收报警历史、操作信息、操作历史、宏变量、pmc变量、nc程序。采集终端会接受到服务器的请求，并按要求读取所要采集的信息，例如，需要读取#100号宏变量以及1号程序，采集终端会解析控制文件中的”g_rdmacrovariable=[100;101]”和”g_rdprogram=[1;2]”字段下面的内容，并将采集的信息上传至服务器。

s8：当机床加工结束，采集过程结束时，机床断电，由于采集终端中有ups模块（1），采集终端不会立即断电。此时24v继电器ka1（6）线圈失电，其常开触点断开，与它常开触点连接的24v继电器ka2（7）线圈也失电，其常闭触点闭合，延时模块kt1（8）接通后断开。延时模块（8）的常开触点闭合使得5v继电器ka3（9）的线圈得电，常开触点闭合，此时主板（2）的开关触点再次短接，采集终端完成关机动作。由于ups模块（1）的持续供电，采集终端没有因为机床电柜的断电而瞬间关机，这样可以保证其正常退出系统，保证了其关机前所采集的数据的完整性和可靠性，延长了设备的使用寿命。