ТЕРМИНАЛ МОНИТОРИНГА

ТЕРМИНАЛ МОНИТОРИНГА
Область техники, к которой относится техническое решение
Техническое решение относится к области станкостроения, в частности, к устройствам, специально разработанным для мониторинга технологического оборудования и может применяться в системах.
Оборудование с ЧПУ может быть представлено: станочным парком, например, станками (станки, оборудованные числовым программным управлением, называются станками с ЧПУ): для обработки металлов (например, фрезерные или токарные), дерева, пластмасс, для резки листовых заготовок, для обработки давлением и т.д., промышленными роботами; приводами асинхронных электродвигателей, использующих векторное управление; характерной системой управления современными промышленными роботами.
Терминал мониторинга является интерфейсным устройством для обмена информацией между технологическим оборудованием с различными системами управления и современными информационными системами.
Предшествующий уровень техники
Из уровня техники известно устройство ввода или вывода управляющих программ для обработки деталей в станках с ЧПУ, УВВ51, описанное в патенте на полезную модель №33244, опубл. 10.10.2003 кл. G06F 13/12, включающее интерфейсную часть фотосчитывающего устройства, соединительный кабель с устройством ЧПУ, при этом оно дополнительно содержит однокристальный микроконтроллер, узел оптронной развязки, соединительный кабель с персональным компьютером и снабжено перемычкой для выбора режима работы. Недостатками известного устройства является отсутствие дискретных оптоизолированных каналов ввода-вывода, что не позволяет подключать любое оборудование, как станки с ЧПУ, так и станки без ЧПУ, любое технологическое оборудование - насосы, печи, двигатели, кондиционеры, вентиляторы любых производителей, т.е. отсутствует возможность проводить мониторинг всего оборудования на предприятии, а также отсутствие встроенной памяти.
Известно устройство для контроля станков, описанное в патенте на изобретение US 20100154051 А1, опубл. 17.06.2010, кл. G06F 12/10, включающее процессорную часть, интерфейсную часть, цветной графический дисплей, клавиатуру, соединительные кабели с устройством управления станком, сетевой интерфейс ETHERNET, станочные интерфейсы, сменный носитель информации в виде съемной карты памяти большой емкости, при этом, станочный терминал является одновременно интерфейсом между современными информационными системами и системой управления станком, содержит устройства, обеспечивающие обмен данными через GSM каналы связи. Недостатками известного устройства является отсутствие дискретных оптоизолированных каналов ввода-вывода, что не позволяет подключать любое оборудование, как станки с ЧПУ, так и станки без ЧПУ, любое технологическое оборудование - насосы, печи, двигатели, кондиционеры, вентиляторы любых производителей, т.е. отсутствует возможность проводить мониторинг всего оборудования на предприятии.
Известен станочный терминал, описанный в патенте на полезную модель CN 203084510 U, опубл. 24.07.2013 кл. G05B 19/414, включающий процессорную часть, интерфейсную часть, цветной графический дисплей, клавиатуру, соединительные кабели с устройством управления станком, сетевой интерфейс ETHERNET, станочные интерфейсы, при этом, станочный терминал является одновременно интерфейсом между современными информационными системами и системой управления станком, содержит устройства, обеспечивающие обмен данными через GSM каналы связи. Недостатками известного устройства является отсутствие дискретных оптоизолированных каналов ввода-вывода, что не позволяет подключать любое оборудование, как станки с ЧПУ, так и станки без ЧПУ, любое технологическое оборудование - насосы, печи, двигатели, кондиционеры, вентиляторы любых производителей, т.е. отсутствует возможность проводить мониторинг всего оборудования на предприятии.
Известен станочный терминал, описанный в патенте на изобретение CN 102880115 А, опубл. 16.01.2013, кл. G05B 19/406, включающий процессорную часть, интерфейсную часть, цветной графический дисплей, клавиатуру, соединительные кабели с устройством управления станком, сетевой интерфейс ETHERNET, станочные интерфейсы, при этом, станочный терминал является одновременно интерфейсом между современными информационными системами и системой управления станком, содержит устройства, обеспечивающие обмен данными через GSM каналы связи. Недостатками известного устройства является отсутствие дискретных оптоизолированных каналов ввода-вывода, что не позволяет подключать любое оборудование, как станки с ЧПУ, так и станки без ЧПУ, любое технологическое оборудование - насосы, печи, двигатели, кондиционеры, вентиляторы любых производителей, т.е. отсутствует возможность проводить мониторинг всего оборудования на предприятии.
Известен станочный терминал, описанный в патенте на полезную модель RU 126855 U1, опубл. 10.04.2013, кл. G05B 19/00, содержащий коммутационно-соединенные панель оператора системы управления, станочную панель системы управления, промышленный компьютер с установленным ядром системы управления, по меньшей мере, один мобильный компьютер с установленной виртуальной панелью, персональный компьютер с установленной виртуальной панелью, сетевой маршрутизатор, при этом ядро системы управления выполнено с модулем синхронизации, а станочная панель подключена напрямую к промышленному компьютеру с возможностью обработки и передачи данных на модуль синхронизации, кроме того, мобильный и персональный компьютеры подключены к промышленному компьютеру системы управления. Недостатками известного устройства является отсутствие дискретных оптоизолированных каналов ввода-вывода, что не позволяет подключать любое оборудование, как станки с ЧПУ, так и станки без ЧПУ, любое технологическое оборудование - насосы, печи, двигатели, кондиционеры, вентиляторы любых производителей, т.е. отсутствует возможность проводить мониторинг всего оборудования на предприятии, а также отсутствие встроенной памяти.
Наиболее близким аналогом является станочный терминал, описанный в патенте на полезную модель RU 151945 U1, опубл. 30.03.2015, кл. G06F 13/12, G05B 19/18 содержащий процессор, внутреннюю память, контроллер, который обеспечивает обновление памяти, модуль Wi-Fi, на передней панели корпуса терминала расположен разъем для подключения съемной карты памяти большой емкости, дисплей, клавиатура, разъем для соединительных кабелей с устройством управления станком, узел сетевого интерфейса ETHERNET, станочные интерфейсы, такие как, например RS232, ИРПС, ИРПР, USB, которые необходимы для подключения к станочному оборудованию с различными системами управления, дискретные оптоизолированные каналы ввода-вывода, GSM канал связи. Недостатками известного устройства является невозможность программно-аппаратной поддержки регистрации работников в начале и конце работы, что не позволяет получать от станочного терминала информацию по сопоставлению периода работы оборудования и ответственного за эту работу оператора, а также отсутствие средств обеспечения надежности функционирования в составе группы аналогичных станочных терминалов и шифрования передаваемой производственной информации.
Сущность технического решения
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в устранении перечисленных выше недостатков.
Техническим результатом заявленного технического решения является расширение функциональных возможностей устройства за счет наличия программируемых каналов ввода информации, за счет передачи сигналов групповой синхронизации в локальной группе аналогичных терминалов мониторинга, и в повышении защищенности за счет шифрования передаваемой производственной информации.
Терминал мониторинга выполнен в виде корпуса, внутри которого расположены вычислительный блок, включающий в себя процессор, внутреннюю память, микроконтроллер, выполненный с функцией обновления внутренней памяти, модуль Wi-Fi, модуль GSM связи, блок формирователя сигнала синхронизации состояний, блок шифрования, на передней панели корпуса расположен разъем для подключения съемной карты памяти большой емкости, сенсорный дисплей, клавиатура, блок программируемых интерфейсов, узел сетевого интерфейса ETHERNET, блок станочных интерфейсов RS232, ИРПС, ИРПР, USB, блок оптоизолированных дискретных каналов ввода-вывода, блок аналоговых каналов ввода, причем упомянутые блок станочных интерфейсов, блок оптоизолированных дискретных каналов ввода-вывода и блок аналоговых каналов ввода предназначены для подключения к станочному оборудованию с различными системами управления.
Краткое описание чертежей
На Фиг. приведена структурная схема устройства, где:
1 - терминал мониторинга;
2 - сенсорный дисплей;
3 - клавиатура;
4 - блок программируемых интерфейсов;
5 - блок станочных интерфейсов (RS232, USB, ИРПС, ИРПР);
6 - блок шифрования;
7 - блок формирователя сигнала синхронизации;
8 - вычислительный блок;
9 - съемная карта памяти;
10 - интерфейсы связи (канал ETHERNET, канал Wi-Fi, канал GSM);
11 - блок оптоизолированных дискретных каналов;
12 - входы блока оптоизолированных дискретных каналов;
13 - выходы блока оптоизолированных дискретных каналов;
14 - блок аналоговых каналов;
15 - входы блока аналоговых каналов;
Варианты осуществления технического решения
Здесь и далее будут описаны термины, используемые в заявке.
Числовое программное управление (ЧПУ) - омпьютеризованная система управления, управляющая приводами технологического оборудования, включая станочную оснастку.
ИРПС - интерфейс радиальный последовательный (токовая петля).
ИРПР - интерфейс радиальный параллельный.
Wi-Fi (сокр. от англ. Wireless Fidelity) - стандарт на оборудование для широкополосной радиосвязи, предназначенной для организации локальных беспроводных сетей Wireless LAN.
GSM (сокр. от англ. Global System for Mobile Communications) - лобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи, с разделением каналов по времени (TDMA) и частоте (FDMA).
ETHERNET - семейство стандартов, определяющих проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде на канальном уровне модели OSI.
RS232 (сокр. от англ. Recommended Standard 232) - стандарт физического уровня для асинхронного интерфейса (UART).
Обеспечивает передачу данных и некоторых специальных сигналов между терминалом и коммуникационным устройством.
USB (сокр. от англ. Universal Serial Bus - «универсальная последовательная шина») - последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств в вычислительной технике.
Терминал мониторинга выполнен в виде корпуса, внутри которого расположены вычислительный блок, включающий в себя процессор, внутреннюю память, микроконтроллер, выполненный с функцией обновления внутренней памяти, модуль Wi-Fi, модуль GSM связи, блок формирователя сигнала синхронизации состояний, блок шифрования.
На передней панели корпуса расположен разъем для подключения съемной карты памяти большой емкости, сенсорный дисплей, клавиатура, блок программируемых интерфейсов, узел сетевого интерфейса ETHERNET, блок станочных интерфейсов RS232, ИРПС, ИРПР, USB, блок оптоизолированных дискретных каналов ввода-вывода, блок аналоговых каналов ввода, причем упомянутые блок станочных интерфейсов, блок оптоизолированных дискретных каналов ввода-вывода и блок аналоговых каналов ввода предназначены для подключения к станочному оборудованию по одному из станочных интерфейсов, в зависимости от системы управления станком.
В качестве съемной карты памяти большой емкости в терминале мониторинга могут использоваться стандартные USB флеш-накопители или SD-карты памяти, возможна установка карт памяти стандартов miniSD и microSD через соответствующие переходники. Съемная карта памяти большой емкости необходима для записи на нее копии технологической информации, которая также записывается и на внутреннюю память терминала мониторинга.
Блок дискретных оптоизолированных каналов ввода-вывода, в заявленном терминале мониторинга позволяют подключать любое оборудование, как станки с ЧПУ, так и станки без ЧПУ, а именно любое технологическое оборудование - насосы, печи, двигатели, кондиционеры, вентиляторы от любых производителей. Таким образом, в единую сеть предприятия можно свести и проводить мониторинг всего оборудования.
Под дискретным каналом подразумевается канал для приема/передачи дискретных сигналов амплитудой 24В+/-20% положительной полярности. Как правило, электроавтоматика станка питается постоянным напряжением амплитудой 24В.
Блок аналоговых каналов служит для приема сигналов электрического тока или напряжения, соответствующих непрерывно изменяющимся физическим величинам, таким как электрический ток, напряжение, мощность, давление, температура и т.д., а также для их преобразования в дискретную (цифровую) форму.
Под аналоговым каналом подразумевается канал для приема электрических сигналов тока (постоянный, переменный с амплитудой не более 50 мА) и напряжения (постоянное, переменное с амплитудой не более 2В). Как правило, электроавтоматика станка питается постоянным напряжением амплитудой 24В.
Терминал мониторинга выполнен с возможностью сбора и накопления на карте памяти большой емкости данных мониторинга состояний станочного оборудования, передачу по локальной сети ETHERNET накопленной информации о работе станочного оборудования, прием и передачу управляющих программ обработки деталей и другой технологической информации по сети ETHERNET, ввод в станок с программным управлением, вывод из станка с программным управлением и хранение управляющих программ обработки деталей.
Блок шифрования представляет собой программно-аппаратный модуль, предназначенный для кодирования и декодирования передаваемых информационных пакетов с данными мониторинга, а также кадров управляющих программ для станков с ЧПУ. Блок преобразует входную или выходную информацию по алгоритму, заложенному в модуль блока. Для реализации заложенных в блоке функций осуществляется двухстороннее информационное взаимодействие между микроконтроллером и блоком с одной стороны и интерфейсами связи с другой стороны.
Использование блока шифрования повышает защищенность принимаемых/передаваемых данных и необходимо, например, при передаче данных мониторинга по беспроводным каналам связи, а также при передаче управляющих программ для станков с ЧПУ, установленных на предприятиях с повышенными требованиями к защите информации.
Блок программируемых интерфейсов предназначен для обмена данными с подключенными дополнительными устройствами.
Полученные данные отображаются на сенсорном дисплее терминала мониторинга и передаются по сети ETHERNET, Wi-Fi, GSM. Если связь по сети ETHERNET, Wi-Fi, GSM будет потеряна, то информация будет записана на карту памяти.
Блок формирователя сигнала синхронизации состояний, длительное отсутствие которого в локальной группе аналогичных терминалов мониторинга является предпосылкой реконфигурации схемы распределения зон ответственности при обеспечении групповой живучести (самовосстановления), представляет собой программно-аппаратный генератор синхропакетов, передаваемых другим терминалам заданной группы.
Например, группа из нескольких терминалов обслуживает несколько станков. При возникновении сбоя или выключения одного из терминалов система мониторинга посредством блока формирователя сигнала синхронизации состояний инициирует изменение зон ответственности, в результате чего каждый из оставшихся работоспособными терминалов начинает обслуживать больше станков одновременно.
Ниже приведено описание примера практического осуществления заявленного технического решения.
Терминал мониторинга устанавливают на станке с ЧПУ и подключают к локальной сети ETHERNET. С помощью кабеля терминал мониторинга соединяют со станочным разъемом, посредством которого осуществляется ввод технологических программ в станок. Еще одним кабелем оптоизолированные входы терминала мониторинга подключают к определенным сигналам станка, отражающим его состояния (станок включен, гидравлика включена, работа по программе и т.д.). После подачи питающего напряжения терминал мониторинга автоматически начинает сбор, накопление информации о работе станка, эту же информацию терминал мониторинга может также при необходимости передавать в локальную сеть. Загрузку и выгрузку технологических программ осуществляет оператор станка посредством терминала мониторинга в диалоговом режиме.
Универсальность терминала мониторинга позволяет подключить его для передачи технологических управляющих программ (УП) к системам ЧПУ различных моделей и годов выпуска. Связь терминала мониторинга с системой ЧПУ осуществляется через интерфейсы ИРПР (параллельный режим ввода-вывода), ИРПС (токовая петля 20 мА), USB, RS-232. Параметры интерфейсов задаются пользователем и хранятся в памяти терминала мониторинга.
Для учета времени работы станка определяется ряд его состояний, исходя из задач мониторинга на конкретном предприятии и типа оборудования.
Станок может быть включен (на него подано питание) или выключен. Если станок включен, то он, либо изготавливает продукцию (работает по программе), либо простаивает. Простой станка может иметь различные причины: выполнение вспомогательных операций при обработке детали (установка детали, привязка нулевой точки и т.д.); наладка и переналадка станка; выполнение на станке плановых ремонтных работ (ПНР); неисправность станка по электронике, электрике, механике; отсутствие, неисправность или корректировка программы обработки детали; поломка или замена инструмента; отсутствие заготовок; внеплановый простой по вине цехового персонала.
Контроль всех указанных состояний осуществляют при помощи предлагаемого терминала мониторинга, используя для этого автоматический сбор информации и ее сохранение, как во внутренней памяти станка, так и на карте памяти большого объема. Все принимаемые терминалом мониторинга данные записываются в его внутреннюю память. Параллельно полученная информация записывается на карту памяти терминала мониторинга. Это позволяет вести мониторинг работы станка при отключенной программе мониторинга и даже при отключении сети. При возобновлении работы по сети терминал мониторинга передает программе мониторинга всю накопленную информацию и контроль в реальном времени продолжается.
Терминал мониторинга может быть использован в различных системах управления производством как устройство, предоставляющее реальную информацию о работе станка, как в локальном, так и в сетевом режимах.
Благодаря информации, полученной о работе оборудования на предприятии, могут быть решены следующие важные задачи:
- определение производительности оборудования благодаря объективному учету данных;
- оптимизация производства на основе реальных данных, собранных из систем управления технологическим оборудованием;
- точный учет работы конкретных операторов станочного оборудования;
- выявление и своевременное реагирование на выход из строя отдельных терминалов мониторинга, входящих в локальные группы, с возможностью оперативного перераспределения зон ответственности;
- защита передаваемой производственной информации методом шифрации;
- принятие объективных решений по перевооружению производства;
- повышение надежности хранения данных.
Терминал мониторинга ориентирован в первую очередь на промышленное применение, обеспечивая повышенную надежность эксплуатации и хранения информации.
Техническое решение промышленно применимо, поскольку использует промышленно изготовленные и промышленно применимые ресурсы.
Хотя данное техническое решение описано конкретным примером его реализации, это описание не является ограничивающим, но приведено лишь для иллюстрации и лучшего понимания существа технического решения, объем которого определяется прилагаемой формулой.