数控机床MDC网络在设备管理中的应用

刘 清，杨丽茹

（1.中国石油集团济柴动力有限公司成都压缩机分公司，四川成都 610100；2.中国石油西南油气田公司输气管理处，四川成都 610213）

1 车间现状

1.1 车间数控机床现状

公司曲轴作业线有10台大型的数控机加工设备，包括5台数控龙门镗铣床、2台进口数控随动磨床和3台进口数控车铣复合中心。这批设备是曲轴加工车间的主力设备，同时也标志着公司和世界接轨，逐步实现机械加工自动化。这些设备均采用SINUMERIK 840D sl数控系统，该系统具有模块化、开放、灵活的结构特点，CNC（Computer Numerical Control，计算机数字控制机床）、HMI（Human Machine Interface，人机界面）、PLC（Pro原grammable Logic Controller，可编程逻辑控制器）、驱动闭环控制和通信模块集成于1个SINUMERIK NCU（Numerical Control Unit，数控单元）中。结构紧凑、高功率密度的SINAMICS S120驱动系统，结合SIMATIC S7-300 PLC系统，能实现强大而完善的机械加工功能。机床采用DRIVE-CLiQ通信方式，不仅能显著降低设备的布线成本，还能实现最优的网络集成性能。通过DRIVE-CLiQ通信方式连接的机床各个关键电气元件，可以将元件信息传回NCU，就能通过机床的操作界面直观、主动地了解机床重要电气元器件的工作情况。现在车间里的每台数控设备都是独立存在的，虽然有先进的加工性能，但是没有进行联网的数控设备，在功能实现上会受到很大限制。

1.2 数控机床MDC网络组网的基础

10台机床均采用SINUMERIK 840D sl数控系统，该系统拥有基于以太网的通信方案和强大的PLC通信功能，在技术层面完全支持信息共享，这是数控机床MDC（Meta Data Con原troller，元数据控制器）网络组网的基础。联网设备的接口参数：Sinumerik 840D SL系统，RJ45接口，网卡连接，采集方式Ma原chine link V1.0。

2 数控设备联网的目标及原则

2.1 数控设备联网的目标

网络建成后，可以逐步完善数控设备的各项使用功能，除了可以完成数控机床的程序和刀具管理外，在设备管理和维护方面可以实现大量功能：设备状态监控、远程诊断、控制、程序传输、软件升级、设备台账管理及维修记录等，从而最大限度发挥数控设备使用效能。

（1）本次实施联网系统工程，构建基于以太网的车间专用网络，全面实现机床的网络管理与信息监控，机床由以前的独立存在转变为整个工厂的网络节点，实现数控机床的完全信息化管理。

（2）通过强大的机床数据采集和实时分析功能，可进行实时的机床各种数据的分析统计，从而有利于生产和设备管理部门科学安排生产计划、采取正确措施，提高设备的使用效率。

（3）建立一套设备维护派工、维修记录平台，使维修工作更加快捷、高效，并解决纸张记录不易保存和统计、维修缺乏统计分析等问题。

（4）维修工程师可实现远程诊断和维修，极大提高维修效率，并可通过网络获得技术支持及软件升级。

（5）系统能让设备管理人员及时掌握机床的运行情况和各种故障报警信息，对机床信息作到实时采集，便于维修与管理。

（6）可实现程序和刀具管理。

2.2 数控机床MDC网络组网原则

数控设备组网是为了实现打造数字化工厂的原则，根据实际情况，充分利用现有资源，保证机床监控系统的稳定可靠，便于日后扩展，以达到成本经济的目的。因此要求系统具有可靠性、可扩展性、兼容性、易操作，同时要具有较高的运行性价比。

3 设备管理与维修方面对平台的要求

（1）要求网络可兼容西门子、发那科及国内知名的数控厂家机床数控系统。

（2）必须保证每台设备的数控系统的安全独立性，在发生网络故障的情况下，每台设备应该能保持独立正常运转。

（3）设立必要的安全网关和登录权限，保证系统安全。

（4）操作界面应该简洁、直观、形象，能在一定程度上反应出设备的运行状况和故障状况，点击故障设备，可查看故障报警信息。

（5）系统可配套西门子相关软件，STEP 7-MicroWIN V4.0、step7 v5.5 sp4（中文带仿真）、WinCC v7.3、TIA V15（直装版）。

（6）通过系统平台，运用西门子S7软件，可登录每台设备数控系统，查看设备运行情况及各种系统参数。

（7）如果要更改机床数控系统参数，必须要最高系统授权。且在修改时，网络系统需要给出警告信息。

（8）要求留置网络接口，便于远程诊断。

（9）主机能自动定期备份数控设备的NC和PLC数据。

（10）留置网络接口，便于后期添加其余的数控设备。

（11）主机存储每台设备电子文档资料及电气、机械图纸。

（12）要求有西门子公司的硬件查询和故障代码查询功能。

（13）设备维护派工、维修记录平台要求运行平稳，系统在每月底能自动生成设备运转及维修报告，并给出设备的完好率报表。

4 数控机床MDC网络架构

本次MDC项目的实施，根据公司数控车间的实际情况，公司数控车间的10台数控机床组成一个内部局域网，通过交换机和光纤收发器连接到MDC服务器上。MDC服务器设置双网卡，内部网卡连接机床内部网络，外部网卡连接到公司办公网络，通过网络将机床监控系统集中在一个网络平台，方便技术中心对服务器的集中管理。通过1台服务器作为机床监控的应用服务器，服务器上需要安装数据库ORACLE11g，对于MDC系统分配表空间和用户名。数控车间DNC（Distributed Numerical Con原trol，分布式数控）网络架构如图1所示。

图1 数控车间DNC网络架构

5 数控车间DNC网络在设备管理上的应用

数控车间DNC网络在设备维护上的运用包括了设备实时监控管理、设备远程诊断和检修、设备台账管理、设备故障报修管理、设备保养管理及点检管理等子模块。

5.1 设备实时监控管理

数控车间DNC网络可以通过SIEMENS系统机床自带的网卡采集实时信息，如机床开机关机时间、空闲时间、空转时间、加工时间、报警时间等机床的工作状态信息。然后通过连接在网络上的终端机，可以实时查看机床当前所处的工作状态、程序信息、机床转速、进给、倍率、主轴负载、坐标信息等。对设备维修特别重要的报警信息，能准确的查看报警号及报警内容，并提供故障处理建议。通过电子看板能显示车间每一台网卡采集机床的实时运行状态（运行、空闲、报警、关机），机床运行的程序名，机床正在加工的生产订单号、模具代号、零件号、工序号，以及机床的主轴功率，机床的F/S值，可以为机床的故障诊断提供参考。

5.2 设备远程诊断和检修

数控车间DNC网络系统在维修办公室的网络终端，装载西门子相关工业应用软件，如利用STEP7，WinCC等，借助网络联接的功能，可以实现在网设备的远程在线诊断和维修，使维修作业更加直观、快捷。

5.3 设备台账管理

设备台账管理模块主要为生产和设备管理部门提供各个分厂的设备基础数据。设备的基本信息包括设备名称、设备编码、规格型号、自编号、出厂编号、出厂时间、投产时间、安装地点、制造厂家和档案编号等信息。设备管理人员可以通过DNC网络配套台账管理模块输入、查看、设置各台设备基本信息，并可对全公司的设备进行分组、分类、分工段管理。公司上层管理人员可随时查询设备的档案、维修保养计划，以判断生产计划的合理性，并可为绩效评估提供基础数据。设备档案管理还包括：设备明细表；设备报废、报损、移机；设备主要备件情况；其他设备相关资料。

5.4 设备故障报修管理

设备故障报修模块主要用于管理设备故障报修的整个工作业务流程。整个业务流程如图2所示。

图2 设备故障网络报修流程

（1）已联网的设备，可以直接通过MDC网络自动保修；未联网的机床操作者发现机床发生故障后，首先自己判断能否处理，如果不能处理，必须要进行机床故障报修时，操作者可以按下安装在机床旁边的红色按灯按钮进行保修。以上2种情况都会让机床进入“故障报警”状态。

（2）同时位于分厂维修班组值班室的机床故障报警灯也会处于红色闪烁状态，而且伴随有报警铃声，维修主管部门办公室也会收到类似的声光报警。分厂设备管理人员收到机床故障报警信息后，可以登录设备管理系统，向设备维修主管部门领导进行设备故障报修的汇报。

（3）设备维修主管接收到报修请求后，可以在设备管理系统中指派维修任务给设备维修人员。设备维修人员到现场进行机床故障维修。按下黄色按灯按钮，机床状态变更为“维修中”，如果经过简单维修能处理完机床故障，则通知机床操作者进行机床试车和维修验收。如果需要购买维修备件的话，则该机床暂时处于故障待修状态，设备维修人员登录系统，向维修部门主管反馈机床故障原因和需要采购维修备件的请求。等待维修备件到货后机床维修人员再进行该机床的故障维修。设备维修完毕后，再通知机床操作者进行机床试车和维修验收。

（4）如果设备维修人员到现场判断机床故障厂内无法维修时，可以登录系统，向设备维修主管领导汇报，由主管领导通知外协单位来进行设备维修，设备维修完毕后，再通知机床操作者进行机床试车和维修验收。

（5）设备维修完毕，机床操作者验收合格后，由机床操作者按下按灯绿色按钮，机床状态恢复为“机床正常”，同时分厂维修班组值班室和维修主管部门办公室的机床状态灯也会恢复为绿色正常状态。

（6）设备维修人员可以在设备管理系统中对设备维修记录进行录入和维护，设维修记录包括了所维修的设备名称、设备编号、设备维修开始时间、设备维修结束时间、设备维修人员名称、设备故障基本情况记录、设备维修处理方法，是否更换了维修备件，是否联系外协单位维修等信息。

5.5 设备保养及点检管理设备保养

设备保养及点检管理设备保养一般分为一级保养、二级保养。一级保养和二级保养的内容、时间、规则可自定义设置，也可设置周期性保养或自定义保养提醒规则，并根据设备近期运行状况进行保养提醒，由设备计划申请提交后，进行审核确定。到了设备保养的时间，系统自动提示需要进行设备保养，相关人员根据设备保养计划进行日常保养，登记保养记录。提供设备点检计划的维护和管理功能，对于已经制定的点检计划，在操作员打开系统时自动弹出点检提示，根据点检项目及点检频率，系统自动对设备进行点检提示，点检结束后将点检结果录入到系统中。

6 结语

数控机床MDC网络在设备管理与维修上的运用，只是实现工厂数控设备网络化、信息化、集成化的小一部分功能，随着机床数控技术的迅猛发展以及工厂网络的逐步完善，利用先进的网络技术来有效地收集、处理工厂设备信息，建立以信息化为核心的管理体制，减轻设备管理人员和维修人员的负担，极大提高设备管理与维修的效率己经成为当今社会的潮流。在不久的将来，将得到全面的普及和推广，为工厂和社会创造巨大的价值。