[盟思自动化专题】CNC设备联网介绍
来源：苏州盟思 发布时间：2017-12-04 02:26
CNC设备联网介绍
一、CNC设备联网改造目标：
推动设备信息化应用，是根据市场化原则，通过技术手段，实现资源内部优化和外部拓展。通过对“哑设备”进行信息化改造，建立车间局域网技术应用，设计设备联网采集软件，与MES上位集成，实现对设备工作过程信息的实时采集和管理，将生产过程实时、高效地展现至管理决策层。进行批次或单件跟踪，实现质量追溯，提高企业的生产效率。通过设备智能化改造，为企业转型升级、可持续发展起到重要的技术支持。
考虑很多企业设备种杂，老旧设备多的实际情况，建议针对不同设备试点进行智能化改造，本案例介绍CNC加工中心3台（2台五轴型和1台三轴型）实现车间级设备的数据采集和联网，实现设计工艺的数字化，以及生产进度等信息的实时反馈，对设备的实时状态进行数据采集并通过软件进行监控，实现对业务数据的科学、高效管理。
二、CNC设备联网改造主要功能和技术要求：
主要采集的工艺参数：工作电压、工作电流、速度、温度、压力、设备信息等。需要得出的设备状态有：开机、关机、运行、空闲、故障、工作时间等。
设备改造不能破坏设备结构，并在改造后不影响设备的正常使用。
需采集的数据类型及数量由设备使用单位工艺人员根据具体设备、需要和可行性提出。数据采集频率不低于1次/分钟，数据采集精度为小数点后两位。
网络通讯采用以太网，传输采用网络协议（TCP/IP）。
所有采集的数据最终必须存储在数据库中。
在局域网内通过Web发布，支持电脑使用当前主流浏览器（IE7/8/9、Google、chrome等）访问，手机和Pad通过客户端访问。
系统可扩展性，在通信网络允许的范围内，每个车间可以按实际需要增减设备。
三、CNC设备联网改造设计方案：
比较老旧的设备几乎都没有通讯接口，多数是非数字化电路。这些设备状态数据无法通过设备系统本身提供。改造的方法是增加传感器对设备内部的电路信号进行釆集、转换，并增加网络通信接口。
对于数字化控制、或部分数字化控制设备，其内部已经存在有用信息，对这类设备改造的工作主要是采取措施导出数据，然后转换为网络接口。但此类设备原先往往都采取了加密措施，而制造厂家多数不能提供技术支持，因此导出数据十分困难，需要采用软、硬件结合的方法。
无论何种方案，均需要将设备数据和状态通过网络接口输出，除非原先已经存在网络接口。从釆集、转换，到网络通信接口，需要专门的电路。有两种选择：一是选用现成的通信转换模块，前提是设备已有串口，并且使用的常用标准通信协议。二是对于非标准电路，采用自主研发的数据采集控制器，实现转换和网络通信功能。
实现设备状态数据采集的功能，并转换为网络接口后，统一通过有线、无线网络通过AP、交换机将所有采集数据输送至服务器。以此实现了将现场采集的设备数据汇总，通过软件进行解析、统计、计算，并生产相应的图形、报表等文件。设备管理者可以通过网络访问服务器，因此只需在办公室的 PC 端即可全面、快速了解现场生产的整体运行状况，甚至使用手机客户端软件获得同样的信息，从而实现精确管理决策、及时处理生产现场异常问题。
设备改造案例：810D三轴CNC加工中心一台，840D五轴CNC加工中心两台
改造前：都不可联网，其中三轴CNC加工中心无硬盘
改造后：采集设备实时电流、电压、主轴转速、进给速度、工作状态；实现设计任务远程下发。
方案：
西门子CNC数控系统是由数控及驱动单元（CCU或NCU）、PLC和人机界面（HMI）等分系统组成，通过PROFIBUS总线连接驱动装置以及输入输出模板，完控制功能。
西门子数控的相关上位机软件自成体系，而且价格不菲。通过这些软件获得机床数据及其困难。此外因为西门子希望推广其较新的系统，对非设备制造厂老系统基本上没有技术支持。
数控系统已经是数字化设备，其内部已经包含需要采集的参数，不可以采取外加传感器的办法采集机床数据，因为一般数据采集方案肯定达不到数控系统的精度。对数控系统的改造，既需要了解控制系统，又需要特别了解机床结构，还要有相当的网络系统组网经验、软件编程能力。即对综合能力要求较高。
该设备原产于台湾，制造厂家不提供内部硬件电路图、接口关系、通信协议等资料。也不能进行软件改造导出数据，要求升级系统硬件到最新，每台费用高达20多万。
对于840D系统，采取将数据上载和下载分不同的渠道处理的方法，在不改动设备硬件的情况下添加通信转换器件达到远程网络通信的功能。
对于810D系统，最简单的方法是升级到经840D，但是费用高达20多万。或者将其控制电脑升级到PCU50，费用也要好几万。经过大量调研和与相关单位交流，确定了少量升级硬件、主要以软件升级为主改造的方案。
图1 使用西门子系统的CNC
推动设备信息化应用，是根据市场化原则，通过技术手段，实现资源内部优化和外部拓展。通过对“哑设备”进行信息化改造，建立车间局域网技术应用，设计设备联网采集软件，与MES上位集成，实现对设备工作过程信息的实时采集和管理，将生产过程实时、高效地展现至管理决策层。进行批次或单件跟踪，实现质量追溯，提高企业的生产效率。通过设备智能化改造，为企业转型升级、可持续发展起到重要的技术支持。
考虑很多企业设备种杂，老旧设备多的实际情况，建议针对不同设备试点进行智能化改造，本案例介绍CNC加工中心3台（2台五轴型和1台三轴型）实现车间级设备的数据采集和联网，实现设计工艺的数字化，以及生产进度等信息的实时反馈，对设备的实时状态进行数据采集并通过软件进行监控，实现对业务数据的科学、高效管理。
二、CNC设备联网改造主要功能和技术要求：
主要采集的工艺参数：工作电压、工作电流、速度、温度、压力、设备信息等。需要得出的设备状态有：开机、关机、运行、空闲、故障、工作时间等。
设备改造不能破坏设备结构，并在改造后不影响设备的正常使用。
需采集的数据类型及数量由设备使用单位工艺人员根据具体设备、需要和可行性提出。数据采集频率不低于1次/分钟，数据采集精度为小数点后两位。
网络通讯采用以太网，传输采用网络协议（TCP/IP）。
所有采集的数据最终必须存储在数据库中。
在局域网内通过Web发布，支持电脑使用当前主流浏览器（IE7/8/9、Google、chrome等）访问，手机和Pad通过客户端访问。
系统可扩展性，在通信网络允许的范围内，每个车间可以按实际需要增减设备。
三、CNC设备联网改造设计方案：
比较老旧的设备几乎都没有通讯接口，多数是非数字化电路。这些设备状态数据无法通过设备系统本身提供。改造的方法是增加传感器对设备内部的电路信号进行釆集、转换，并增加网络通信接口。
对于数字化控制、或部分数字化控制设备，其内部已经存在有用信息，对这类设备改造的工作主要是采取措施导出数据，然后转换为网络接口。但此类设备原先往往都采取了加密措施，而制造厂家多数不能提供技术支持，因此导出数据十分困难，需要采用软、硬件结合的方法。
无论何种方案，均需要将设备数据和状态通过网络接口输出，除非原先已经存在网络接口。从釆集、转换，到网络通信接口，需要专门的电路。有两种选择：一是选用现成的通信转换模块，前提是设备已有串口，并且使用的常用标准通信协议。二是对于非标准电路，采用自主研发的数据采集控制器，实现转换和网络通信功能。
实现设备状态数据采集的功能，并转换为网络接口后，统一通过有线、无线网络通过AP、交换机将所有采集数据输送至服务器。以此实现了将现场采集的设备数据汇总，通过软件进行解析、统计、计算，并生产相应的图形、报表等文件。设备管理者可以通过网络访问服务器，因此只需在办公室的 PC 端即可全面、快速了解现场生产的整体运行状况，甚至使用手机客户端软件获得同样的信息，从而实现精确管理决策、及时处理生产现场异常问题。
设备改造案例：810D三轴CNC加工中心一台，840D五轴CNC加工中心两台
改造前：都不可联网，其中三轴CNC加工中心无硬盘
改造后：采集设备实时电流、电压、主轴转速、进给速度、工作状态；实现设计任务远程下发。
方案：
西门子CNC数控系统是由数控及驱动单元（CCU或NCU）、PLC和人机界面（HMI）等分系统组成，通过PROFIBUS总线连接驱动装置以及输入输出模板，完控制功能。
西门子数控的相关上位机软件自成体系，而且价格不菲。通过这些软件获得机床数据及其困难。此外因为西门子希望推广其较新的系统，对非设备制造厂老系统基本上没有技术支持。
数控系统已经是数字化设备，其内部已经包含需要采集的参数，不可以采取外加传感器的办法采集机床数据，因为一般数据采集方案肯定达不到数控系统的精度。对数控系统的改造，既需要了解控制系统，又需要特别了解机床结构，还要有相当的网络系统组网经验、软件编程能力。即对综合能力要求较高。
该设备原产于台湾，制造厂家不提供内部硬件电路图、接口关系、通信协议等资料。也不能进行软件改造导出数据，要求升级系统硬件到最新，每台费用高达20多万。
对于840D系统，采取将数据上载和下载分不同的渠道处理的方法，在不改动设备硬件的情况下添加通信转换器件达到远程网络通信的功能。
对于810D系统，最简单的方法是升级到经840D，但是费用高达20多万。或者将其控制电脑升级到PCU50，费用也要好几万。经过大量调研和与相关单位交流，确定了少量升级硬件、主要以软件升级为主改造的方案。
图1 使用西门子系统的CNC
三、CNC设备联网改造总结：
西门子CNC数控SINUMERIK系统发展了很多代，从最早的802D系统起步，其后发展了810D、840D系统。较新推出的是840DSL、828D等。目前最早的802D系统机床已经很少，现存的CNC机床有少量的810D系统，较多的840D系统，以及一些更新的型号。
对于较老的810D、840D系统，我们创新采取了一种独特的通信方式，即：将数据上载和下载分不同的渠道处理，可在不改动设备硬件的情况下添加少量器件达到远程网络通信的功能，实现低成本信息化改造。具有较好的推广价值。
此方案主要以软件改造为主，硬件只需要增加通信到网络转换模块即可。
图10 通信转换模块
810D系统的PCU20不带硬盘，数据不能远程直接下发，因此需要增加一个小型电脑，相当于为PCU20增加一块硬盘。
3轴CNC的改造成功，使得操作人员在下发加工文件时无需停机，避免了极大的麻烦，获得用户的好评。
图11 小型电脑
西门子CNC数控SINUMERIK系统发展了很多代，从最早的802D系统起步，其后发展了810D、840D系统。较新推出的是840DSL、828D等。目前最早的802D系统机床已经很少，现存的CNC机床有少量的810D系统，较多的840D系统，以及一些更新的型号。
对于较老的810D、840D系统，我们创新采取了一种独特的通信方式，即：将数据上载和下载分不同的渠道处理，可在不改动设备硬件的情况下添加少量器件达到远程网络通信的功能，实现低成本信息化改造。具有较好的推广价值。
此方案主要以软件改造为主，硬件只需要增加通信到网络转换模块即可。
图10 通信转换模块
810D系统的PCU20不带硬盘，数据不能远程直接下发，因此需要增加一个小型电脑，相当于为PCU20增加一块硬盘。
3轴CNC的改造成功，使得操作人员在下发加工文件时无需停机，避免了极大的麻烦，获得用户的好评。
图11 小型电脑
