大功率激光切割机床远程监控系统设计.docx

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1、大功率激光切割机床远程监控系统设计摘要:针对现有大功率床产品网络化缺乏、维护效率低、维护本钱高等问题，结合目前成熟的GPS挪动通讯技术，提出了基于云效劳器的高功率切割机床远程监控系统，构造远程监控平台，可以远程监控多台激光切割机床设备。针对高功率激光切割机床远程监控系统设计了数据收集智能终端，实现了现场数据通过GPS技术传送到云端，为高功率激光切割故障的快速诊断与处理提供了数据支撑。引言目前，随着激光技术的不断开展，激光加工技术也得到了飞速开展。激光加工已广泛应用于钣金切割、雕刻、打孔、焊接、外表处理等领域。激光切割经过是将激光束聚焦到工件外表，利用其释放的能量瞬间使工件融化并蒸发，进而到达切

2、割和雕刻的目的。激光加工具有切割速度远远高于传统的切割技术，切割精度高，可以实现自动排版加工，且不受切割图案限制，切口平滑等特点，将在切割市场占有越来越多的市场份额14。随着电子、通讯以及互联网技术的迅猛开展，激光加工也朝着大功率，高速度等方向快速开展，同时，激光切割机床信息化和智能化技术也得到了越来越多的重视。当前，国内钣金加工车间工作环境相对较差，加工粉尘、辐射、噪声等都会给现场操纵人员身体造成不同程度的危害，因此，远程实时监控激光切割机床工作状态和现场环境参数成为激光加工机床制造业重点研究的热门问题之一5。文献6针对FANUC等3种不同的数控系统，利用一台效劳器，基于通用的通讯接口，实时

3、收集数控设备的加工状态和工艺经过参数等信息;文献7利用网络，对数控机床加工工艺参数、系统报警信息、PLC控制信号、伺服驱动参数、系统故障诊断、机床维护信息等进展远程监控和治理;文献8利用传统的现场总线技术和无线传感网络实时收集数据，采用AMCortexM3嵌入式芯片对数据进展处理，实现了基于Web环境的数控机床远程监控系统。伴随着GPS技术的不断完善开展，越来越多的应用于机床监控领域911。本文提出针对大功率激光切割机床，利用GPS无线通讯技术，在激光切割机床现场设置数据传输模块，实时将激光切割机床的加工状态和环境信息传输到云端效劳器，进而实现对激光切割机床状态的远程实时监控。1、总体方案设计

4、目前一些先进的数控系统具有通讯接口，可以将数据参数传送出来，通过数据接口实现对分散的数控设备的远程控制。GPS可以实时在线，支持多点数据同传，传输时延小，知足一般监控系统对数据收集和传输实时性的要求。随着国内挪动通讯技术的快速开展，绝大局部地区已经覆盖了GPS网络，因此为大范围的设备在线监控提供了根底条件，系统的传输容量大，能很好知足传输监控数据的需要，且通讯费用越来越低，应用方便。随着智能手机的普及，维修人员可以通过应用程序阅读云端数据，进而得知数控机床发生故障前后的数据，为快速诊断奠定了应用的根底。本文以发格激光切割机床作为控制对象，基于串口通讯和GPS挪动通讯技术构建高功率激光切割机数据

5、收集传输系统，实现对激光切割机床状态的无线远程监控。激光切割机床远程监控系统主要由6局部组成:现场激光切割机床、摄像机、车间环境收集模块、现场智能监控终端模块、云效劳器以及远处监控客户端，总体构造框图如图1所示。图1激光切割机床远程监控系统框图2、硬件设计硬件局部主要涉及现场智能监控终端模块，本系统以STM32微处理器和GPS无线通讯模块为核心，现场智能监控终端通过串口数控机床进展通讯，并将数据通过GPS无线通讯模块实时传输到云端。云端效劳器自动记录上传的数据，任何联网的电脑通过云端均可获取当前机床的工作状态。当激光切割机床出现故障时，现场智能监控终端将故障信息通过短信效劳模块发送到预制的手机

6、号码。维修人员通过短信即可获取数控机床故障信息，并进展故障诊断。2.1现场智能监控设备硬件设计现场智能监控模块的硬件由32位微处理器、数据显示单元、GPS无线数据传输模块、数据收集模块和数据存储模块组成，系统硬件原理图如图2所示。图2现场监控设备硬件原理图微处理器选用STM32系列单片机STM32F103VBT6作为主控芯片。采用SIMcom公司的SIM800E模块进展GPS数据传输，SIM800E是一种专门用于GPS数据传输模块，SIM800E支持多种TCPIP连接协议和多种连接方式，单步与多步开发环境，传输形式可选择透明与非透明形式，在效劳端或者客户端支持TCP和UDP协议栈，在本系统设计

7、中，SIM800E模块和STM32单片机的串口2相连，实现GPS模块与单片机之间的通讯.显示单元采用3.5寸真彩触摸屏，实现人机交互。2.2摄像头监控硬件设计图像收集选用串口摄像头模块，采用成都蓝矩科技消费的LJDSC02系列串口摄像头，200万像素，该模块内置0V系列高性能CMOS传感器，直接输出JPEG图片，通过S232或S485进展数据传输，配置6颗850nm夜视灯进展红外补光。在本系统中将LJDSC02和单片机的串口1相连，实现摄像头数据的收集。2.3环境收集模块硬件设计环境参数收集采用GK508F模块，该模块可以收集16路模拟量信号，通讯支持S232、S485和MODBUS协议接口。

8、在本系统中，主要收集激光切割机床工作时的环境温度、湿度、压力、电源电压、电流、冷却风机温度等信号。3、软件设计在Keil开发环境中设计终端控制软件，软件主要分为系统初始化模块、数据收集模块、数据分析模块、触摸屏显示模块、通讯模块等。智能监控设备启动后首先进入系统初始化模块，初始化完成后，开场数据收集。数据收集局部主要包括对对数控机床运行参数的收集、对摄像机图像的收集、现场环境参数的收集。数据收集完成后，进入数据分析模块、分析完成后，进展数据显示和存储，最后进入通讯子程序进展数据远传。数据传送完成后，进入下一个循环，软件流程如图3所示。图3软件控制流程图系统初始化主要进展时钟、中断、GPIO、串

9、口等初始化工作。完成后依次与数控机床、串口摄像机、环境收集模块和GPS模块依次通讯。激光切割机床数控系统的通讯采用串口异步通讯协议。现场监控设备程序运行时，首先向数控系统发送握手恳求，握手成功后，接收数控系统传出的各种参数数据;握手失败，发送故障显示接口。在数据处理分析模块中，将激光加工机床的工艺参数、NC程序、螺距误差补偿参数、工件坐标数据等数据进展分类保存，通过GPS传输到云端效劳器。当接收到云端效劳器更新数据恳求的命令时，数控机床通讯治理模块通过通知数控机床修改通讯参数，进展数据更新工作。串口摄像机模块通过单片机获取摄像头图像，设备上电初始化时翻开串口，设置图像分辨率。正常通讯时循环执行

10、开场收集图像、获取图像数据、完毕收集图像并上传。数据分析模块对收集的各种数据，与设定值进展比拟，符合报警条件时，将信号发送至报警子程序。为了方便人机交互，设置了数据显示模块，采用迪文4.3寸真彩触摸屏，完成数据显示与报警信息查看。为了防止由于网络产生故障时，数据不能及时上传，现场设置数据存储模块，将收集到的数据及报警信息，本地存储于工业SD卡，确保数据的平安性。GPS模块通讯时，首先进展参数初始化，主要参数有:手机卡号码、DNS效劳设置、GPS效劳密码、APN设置、IP地址、TCP端口号等，系统上电后，自动建立一个TCP通讯，通讯成功后，智能终端模块和云端的数据实现无线交互。4、结论理论说明，利用STM32单片机和SIM800LGPS通讯模块设计的现场智能监控终端，体积小、功耗低，可以与激光切割机床数控系统实时对接，通过该终端，可以将激光切割机床现场数据通过无线网络，传送至云端效劳器，通过云效劳监控客户端，维修人员可以给用户提供方便快捷的技术支持，具有较好的现实意义和推广价值。0