[發明專利]一種數控機床能耗與加工狀態在線監測系統

有效

• 申請號: 202110312566.8
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113050541B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 黃彬彬;鄢威;江志剛;張華;馬峰;朱碩;張緒美;魯陳勛
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: G05B19/4065
• 分類號: G05B19/4065
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 王世芳;曹葆青

1.一種數控機床能耗與加工狀態在線監測系統，其特征在于，其包括功率采集模塊、光電型轉速傳感器、頻率計數模塊、信號轉換模塊、開關量采集模塊和上位機，其中，

功率采集模塊輸入端同時連接機床總線路和主軸電機線路，以能采集獲得機床總功率數據和主軸電機功率數據，功率采集模塊輸出端連接信號轉換模塊輸入端，信號轉換模塊輸出端連接上位機，

光電型轉速傳感器設置在主軸處，以能采集獲得主軸轉速，光電型傳感器的輸出端連接頻率計數模塊輸入端，以能在光電型轉速傳感器采集到主軸轉速信息時給頻率計數模塊一個開關量，頻率計數模塊計算開關量的頻率，從而獲得機床的主軸轉速，頻率計數模塊輸出端連接信號轉換模塊輸入端，具體的，主軸上設置有反光條，主軸每旋轉一圈，光電型轉速傳感器就給頻率計數模塊一個開關量，頻率計數模塊計算開關量的頻率，從而獲得機床的主軸轉速，

開關量采集模塊的輸入端同時連接數控系統PLC和冷卻泵、潤滑泵繼電器，以能采集獲得數控系統PLC發出的開關量信號以及冷卻泵、潤滑泵繼電器開閉信號，開關量采集模塊的輸出端連接信號轉換模塊的輸入端，

信號轉換模塊將接受到的機床總功率、主軸電機功率、主軸轉速、數控系統PLC發出的開關量信號以及冷卻泵和潤滑泵的繼電器開閉信號進行信號轉換，并傳輸至上位機，

上位機用于將接受到的機床總功率、主軸電機功率、主軸轉速、數控系統PLC發出的開關量信號以及冷卻泵和潤滑泵的繼電器開閉信號行綜合判斷，進而獲得機床運行狀態，并進行顯示，

所述上位機設置有系統參數配置模塊，所述系統參數配置模塊用于對被監測機床的型號、加工任務信息、機床恒定功率組件的功率數據和通信參數進行配置管理，

機床恒定功率組件的功率數據包括來自風機、冷卻泵、潤滑泵、照明燈和數控面板的功率數據，其中，風機、冷卻泵、潤滑泵、照明燈和數控面板只要開啟，功率即為定值，能通過功率采集模塊分別一次性獲得，

所述通信參數包括功率采集模塊、開關量采集模塊、頻率計數模塊各自與上位機之間的通信參數，還包括機床數控系統PLC發出的開關量信號的定義，開關量信號的定義能從配套的數控系統說明書中獲得，

所述上位機上還設置有數據處理與顯示模塊，數據處理與顯示模塊連接系統參數配置模塊，數據處理與顯示模塊在收到機床總功率、主軸電機功率、主軸轉速、數控系統PLC發出的開關量信號以及冷卻泵和潤滑泵的繼電器開閉信號后，在系統參數的約束下，綜合判別機床的加工狀態，

所述數控系統PLC發出的開關量信號包括給主軸電機變頻器和進給系統伺服控制器的進給速度信號，

機床加工狀態包括待機、快速進給、空走、切削四種主要加工狀態，還包括冷卻泵、潤滑泵繼電器的開閉狀態，

所述數控機床能耗與加工狀態在線監測系統的工作流程為：

(1)功率采集模塊通過互感器采集被監測機床的主軸電機供電以及機床總供電的功率數據，

(2)在主軸上貼反光條，主軸每轉一圈，光電型轉速傳感器就給頻率計數模塊一個開關量，頻率計數模塊計算開關量的頻率，獲得主軸轉速，

(3)開關量采集模塊將數控系統PLC發出的開關量信號轉化為數字信號，

(4)將主軸轉速、功率數據和數控系統PLC發出的開關量信號經由信號轉換模塊傳至上位機，

(5)系統參數配置模塊配置上位機的系統參數，所述上位機的系統參數是指被監測機床的型號、加工任務信息、機床恒定功率組件的功率數據和通信參數，其中，通信參數包括功率采集模塊、開關量采集模塊、頻率計數模塊各自與上位機之間的通信參數，還包括機床數控系統PLC發出的開關量信號的定義，開關量信號的定義能從配套的數控系統說明書中獲得，配置上位機的系統參數是為了使數據處理與顯示模塊在收到機床總功率、主軸電機功率、主軸轉速、數控系統PLC發出的開關量信號以及冷卻泵和潤滑泵的繼電器開閉信號后，將系統參數作為判別約束，綜合判別機床的加工狀態，

數據處理與顯示模塊顯示的內容包括機床總功率、主軸電機功率、主軸轉速、機床加工狀態、機床的型號和加工任務信息，其中，機床的型號和加工任務信息通過外界手動輸入，

所述上位機上還設置有數據導出模塊，數據導出模塊連接數據處理與顯示模塊，數據導出模塊用于從數據處理與顯示模塊獲得機床總功率、主軸電機功率、主軸轉速、機床加工狀態、機床型號和加工任務信息，并按照時間點將以上信息同步整合進入表格文件，并進行保存，

工作中，數控機床的數控系統發出的控制信號均是開關量信號，數控系統運行每個代碼都會向特定組件發出特定的開關量信號，以此控制組件進行特定的運動，每個組件收到的開關量信號即可代表機床的運行代碼，截取數控系統PLC的開關量信號，再配合主軸轉速以及機床總功率和主軸電機功率，能獲得機床的運行狀態，

開關量采集模塊并線接入數控系統的信號輸出總線，采集機床數控系統PLC發出的開關量信號，開關量采集模塊還采集冷卻泵、潤滑泵的繼電器的開閉信號；頻率計數模塊通過光電型轉速傳感器采集機床的主軸轉速，開關量信號和主軸轉速通過信號轉換模塊傳至上位機，上位機中的數據處理與顯示模塊通過功率數據、開關量信號以及主軸轉速對數控機床的運行狀態進行判別和顯示。