[發明專利]機床多源能耗系統多信息在線檢測系統

有效

• 申請號: 201510085643.5
• 申請日: 2015-02-17
• 公開（公告）號: CN104808584B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 劉飛;劉高君;謝俊;吳鵬飛;劉霜
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G05B19/406
• 分類號: G05B19/406
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司50212
• 代理人: 張先蕓

1.機床多源能耗系統多信息在線檢測系統，其特征在于，由硬件部分和軟件系統組成；硬件部分包括相關功率傳感器、傳輸轉換接口和接收信息用上位機終端；軟件系統包括能效實時檢測模塊、系統參數配置模塊、能效分析模塊、能效分析結果歷史查詢模塊；

實現檢測不同種類機床的多個能量源分組能流，能量利用率及比能效率參數，并進行分析和輸出結果，其具體步驟如下：

1)首先分析待檢測機床需要檢測能量源分組所在的位置；并對其分組在輸入總線安裝功率傳感器；檢測系統僅需要一次性配置好接口，測試前根據能量源與功率傳感器的配置關系布置測試系統結構；

2)待檢測機床能量源的數據采集與處理方法：通過安裝在待檢測機床的功率傳感器獲取各分組能量源處的功率相關數據，通過協議進行傳輸并根據協議解碼成功率信息數據；同時記錄機床設備各能量源的運行開始時間，各能量源的運行結束時間，以及待檢測機床開始運行時間和待檢測機床結束運行時間；

3)待檢測機床各能量源能耗情況及狀態分析：針對上述步驟2)中獲得的實時功率值而分析計算得到的待檢測機床能耗信息及各分組能量源的能耗信息；能耗信息包括：機床總能耗、工件加工過程能耗、工件加工過程能量利用率、工件加工比能效率、機床運行開始時間、機床運行結束時間、機床運行總時間、其他各能量源或特定能量源能耗、能量源運行時間信息；

其中：工件加工過程能量利用率是指工件加工過程總時間段的機床主軸系統能量源的有效輸出能耗與機床總能耗的比值；

其他各能量源能耗包括支持完成加工任務的輔助能耗，機床自身基本能耗；支持完成加工任務的輔助能耗，包括冷卻系統能量源能耗、排屑系統能量源能耗、液壓輔助系統能量源能耗；機床自身基本能耗，包括機床控制電器能耗、散熱風機能耗、普通照明能耗、電器柜空調能耗；

多能量源數據采集子模塊用于讀取安裝在待檢測機床的各能量源上的功率傳感器獲得的數據信息，數據信息經過編譯解碼后得到各能量源的實時電功率值；并用于記錄機床運行開始時間、機床運行結束時間、加工工件開始檢測時間、加工工件結束檢測時間；上述信息將傳輸至數據處理子模塊中，根據參數配置信息計算得到電功率數值和系統其他所需數據再傳入到顯示與存儲子模塊中；數據顯示與存儲子模塊將得到的數據信息進行存儲，并提供給實時查詢記錄與分析結果和工件加工全過程的功率曲線回放；

該系統參數配置模塊用于待檢測機床的類型的管理、對應機床名稱及附加載荷損耗系數信息管理，通過對不同機床的參數初始化，實現相關系數的匹配計算；不同機床使用功率傳感器采取統一的安裝方式進行電功率的數據獲取，并根據規定的通信協議編譯成數據報文；

所述的能效分析結果歷史查詢模塊包括了對各機床檢測過程的結果歷史查詢，提供對機床各分析結果的查詢功能，并實時對查詢工件加工全過程進行實時檢測功率曲線回放；

能效分析模塊包括能耗信息處理子模塊和顯示子模塊，能耗信息的處理用于將采集模塊的解析數據與參數配置模塊中的機床附加載荷系統相結合進行分析計算；可得到開機后機床總輸入能耗、機床加工系統輸入能耗、其他機床輔助系統能耗累積值，計算機床有效能量、瞬態效率、實時能量利用率值，通過對開機時間、運行時間的記錄統計，計算得到機床設備利用率及設備有效利用率數值；由用戶輸入整個運行過程加工工件數量而計算得到工件比能效率值；再將分析計算結果傳輸到顯示子模塊進行呈現；

能耗信息及能效參數子模塊的計算處理過程如下：

機床系統檢測總輸入能量：

機床系統有效能量：

加工全過程能量利用率：

加工工件比能效率：

機床設備有效利用率：

其中，E_w表示機床系統檢測總輸入能量，P_w(t)表示檢測機床總輸入實時功率值，t_ws表示檢測機床運行開始時間，t_we表示檢測機床運行結束時間；E_eff表示機床系統有效能量，P_c(t)表示檢測機床切削瞬時功率，P_mu(t)表示機床主動力系統的空切功率，α表示機床切削時引起附加載荷的系數，k表示第k個切削過程，t_kcs表示第k個切削過程開始時間，t_kce表示第k個切削過程結束時間；η_E表示機床加工全過程能量利用率；P_aux(t)表示機床特定輔助系統的功率，η_s表示機床加工工件比能效率，N表示加工工件數量；η_M表示機床設備有效利用率，T_c表示切削加工時間，T_d表示檢測時間。