機床多源能耗系統(tǒng)多信息在線檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種機械制造業(yè)機床能耗及能效參數(shù)在線檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國機械加工機床量大面廣，擁有量世界第一，能量消耗總量巨大。多方面研宄表 明機床有效能量利用率很低；并且機床能量消耗所帶來的等量環(huán)境排放也是很大的。因而， 如何提高機床的有效能量利用率，降低機床能量消耗所帶來的等量排放也成為當(dāng)前研宄的 重點，這同時也提出了對機床能量源能耗狀態(tài)相關(guān)技術(shù)參數(shù)在線檢測方法及系統(tǒng)的要求。
[0003] 近年來國內(nèi)外研宄人員針對機床能耗及檢測也進行了大量研宄。實用新型專利 "數(shù)控機床實時能耗監(jiān)測系統(tǒng)"（ZL201120320637. 0)公開了一種數(shù)控機床實時能耗監(jiān)測系 統(tǒng)，通過柔性互感器技術(shù)，可以在不改變數(shù)控機床正常電路情況下，給各級供電回路增加電 流互感器，監(jiān)測出各級傳動機構(gòu)的工作電流進而測算出輸入電功率，供生產(chǎn)控制人員實時 查看。發(fā)明專利"機床主傳動系統(tǒng)加工過程能耗信息在線檢測方法"（ZL201110095627. 6) 根據(jù)所建立的機床加工過程主傳動系統(tǒng)能量流和主要能耗信息的數(shù)學(xué)模型，及事先獲取的 機床在主軸處于加工轉(zhuǎn)速下的空載功率和附加載荷損耗系數(shù)、主軸電機的額定功率、主軸 電機的額定效率、主軸電機空載功率等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，加工過程中通過測取生產(chǎn)現(xiàn)場機床的輸 入總功率求取出主軸電機損耗功率、主軸電機輸出功率、機械傳動系統(tǒng)損耗功率、切削功率 等機床主傳動系統(tǒng)能耗信息實時數(shù)據(jù)。已公開的發(fā)明專利"數(shù)控機床加工過程機電主傳 動系統(tǒng)能量效率獲取的方法"（201210127826. 5)公布了一種數(shù)控機床加工過程機電主傳 動系統(tǒng)能量效率獲取的新方法。該方法依據(jù)機床加工過程機電主傳動系統(tǒng)能量效率數(shù)學(xué) 模型，和一次性前期準(zhǔn)備的機床空載功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系函數(shù)，以及單區(qū)間轉(zhuǎn)速機床的附加 載荷損耗系數(shù)或多區(qū)間轉(zhuǎn)速機床附加載荷損耗系數(shù)的表格函數(shù)；通過記錄加工過程中機 床主傳動系統(tǒng)電機輸入功率過程數(shù)據(jù)而從數(shù)學(xué)模型中計算出機床加工過程機電主傳動系 統(tǒng)的能量效率。已公開的發(fā)明專利"一種機床多能量源的可配置能耗在線監(jiān)測方法及系 統(tǒng)"（201410200886. 4)，對監(jiān)測機床多個能量源分別安裝功率傳感器，通過各功率傳感器的 電功率數(shù)據(jù)進行處理，獲得多能量源實時電功率值再分析加工過程而得到相應(yīng)能耗信息， 能對機床多能量源能耗狀態(tài)進行實時在線監(jiān)測。
[0004] 綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)大都集中在針對機床主傳動系統(tǒng)的能耗分析和能量信息及能 量效率獲取方法方面，對數(shù)控機床多能量源檢測技術(shù)也僅限于采用多個功率傳感器采集各 能量源電功率值從而得出各能量源能耗的簡單分析，這些技術(shù)都無法獲取多能量源機床及 工件加工全過程的有效能量、瞬態(tài)效率、工件加工過程能量利用率以及能量比能效率、設(shè)備 有效利用率等機械加工過程能效關(guān)鍵參數(shù)；而且也缺乏機床多源能耗系統(tǒng)多信息在線檢測 系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對機床能耗檢測存在上述的不足，本發(fā)明的目的是提供一種機床多源能耗系統(tǒng) 多信息在線檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)機床多能量源能耗及能效信息在線檢測；能在線檢測機床總系 統(tǒng)、主動力系統(tǒng)和全部或特定輔助系統(tǒng)的能量消耗動態(tài)信息，同時還能在線檢測和監(jiān)測工 件加工全過程的輸入能量、有效能量、瞬態(tài)功率、瞬態(tài)效率、工件加工過程能量利用率以及 能量比能效率、設(shè)備有效利用率。
[0006] 實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種機床多能量源效率在線檢測系統(tǒng)，由硬件部分和軟件系統(tǒng)組成；硬件部分包 括相關(guān)功率傳感器、傳輸轉(zhuǎn)換接口和接收信息用上位機終端；軟件系統(tǒng)包括能效實時檢測 模塊、系統(tǒng)參數(shù)配置模塊、能效分析模塊、能效分析結(jié)果歷史查詢模塊；
[0008] 所述能效實時檢測模塊包括多能量源數(shù)據(jù)采集子模塊、多能量源數(shù)據(jù)處理子模塊 及多能量源數(shù)據(jù)顯示與存儲子模塊；多能量源數(shù)據(jù)采集子模塊主要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(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)信息經(jīng)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(jié)束時間、加工工件開始檢測時 間、加工工件結(jié)束檢測時間等信息；上述信息將傳輸至數(shù)據(jù)處理子模塊中，根據(jù)參數(shù)配置模 塊計算得到電功率數(shù)值和系統(tǒng)其他所需數(shù)據(jù)再傳入到顯示與存儲子模塊中；數(shù)據(jù)顯示與存 儲子模塊將得到的數(shù)據(jù)信息進行存儲，并可提供給實時查詢記錄與分析結(jié)果和工件加工全 過程的功率曲線回放；多能量源數(shù)據(jù)處理子模塊對所接收的數(shù)據(jù)解析、校驗、轉(zhuǎn)換計算，得 到解析后所需要的電功率數(shù)據(jù)；所述系統(tǒng)參數(shù)配置模塊用于待檢測機床的類型的管理、對 應(yīng)機床名稱及附加載荷損耗系數(shù)信息管理，通過對不同機床的參數(shù)初始化，實現(xiàn)相關(guān)系數(shù) 的匹配計算；不同機床使用功率傳感器采取統(tǒng)一的安裝方式進行電功率的數(shù)據(jù)獲取，并根 據(jù)規(guī)定的通信協(xié)議編譯成數(shù)據(jù)報文；所述能效分析結(jié)果歷史查詢模塊包括了對各機床檢測 過程的結(jié)果歷史查詢，提供對機床各分析結(jié)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。
[0009] 進一步，檢測過程中只需檢測上述各分組中的輸入功率，由能效分析模塊根據(jù)以 下計算模型計算出以下能耗和能效參數(shù)：
[0010] 加工過程的輸入能量：
【主權(quán)項】
1. 一種機床多能量源效率在線檢測系統(tǒng)，其特征在于，由硬件部分和軟件系統(tǒng)組成； 硬件部分包括相關(guān)功率傳感器、傳輸轉(zhuǎn)換接口和接收信息用上位機終端；軟件系統(tǒng)包括能 效實時檢測模塊、系統(tǒng)參數(shù)配置模塊、能效分析模塊、能效分析結(jié)果歷史查詢模塊； 所述能效實時檢測模塊包括多能量源數(shù)據(jù)采集子模塊、多能量源數(shù)據(jù)處理子模塊及多 能量源數(shù)據(jù)顯示與存儲子模塊；多能量源數(shù)據(jù)采集子模塊主要用于讀取安裝在待檢測機 床的各分組能量源上的功率傳感器獲得的數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)信息經(jīng)過編譯解碼后得到各分組 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(jié)束時間、加工工件開始 檢測時間、加工工件結(jié)束檢測時間等信息；上述信息將傳輸至數(shù)據(jù)處理子模塊中，根據(jù)參數(shù) 配置模塊計算得到電功率數(shù)值和系統(tǒng)其他所需數(shù)據(jù)再傳入到顯示與存儲子模塊中；數(shù)據(jù)顯 示與存儲子模塊將得到的數(shù)據(jù)信息進行存儲，并可提供給實時查詢記錄與分析結(jié)果和工件 加工全過程的功率曲線回放；多能量源數(shù)據(jù)處理子模塊對所接收的數(shù)據(jù)解析、校驗、轉(zhuǎn)換計 算，得到解析后所需要的電功率數(shù)據(jù)； 所述系統(tǒng)參數(shù)配置模塊用于待檢測機床的類型的管理、對應(yīng)機床名稱及附加載荷損耗 系數(shù)信息管理，通過對不同機床的參數(shù)初始化，實現(xiàn)相關(guān)系數(shù)的匹配計算；不同機床使用功 率傳感器采取統(tǒng)一的安裝方式進行電功率的數(shù)據(jù)獲取，并根據(jù)規(guī)定的通信協(xié)議編譯成數(shù)據(jù) 報文； 所述能效分析結(jié)果歷史查詢模塊包括了對各機床檢測過程的結(jié)果歷史查詢，提供對機 床各分析結(jié)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。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述機床多能量源效率在線檢測系統(tǒng)，其特征在于，檢測過程中只 需檢測上述各分組中的輸入功率，由能效分析模塊根據(jù)以下計算模型計算出以下能耗和能 效參數(shù)： 加工過程的輸入能量
（1) 有效能量：
（2) 能量利用率：
(3) 其中，Ew表示檢測機床的總能耗，Pw(t)表示檢測機床總輸入實時功率值，tws表示檢測 的加工過程開始時間，表示加工過程結(jié)束時間；Eeff表示檢測機床切削有效能耗，Pjt) 表示檢測機床切削瞬時功率，Pmu(t)表示機床加工動力系統(tǒng)的空切功率，Paux(t)表示機床特 定輔助系統(tǒng)的功率，a表示機床切削時的附加載荷系數(shù)，k表示第k個切削過程，4。3表示 第k個切削過程開始時間，tkM表示第k個切削過程結(jié)束時間；nE表示機床加工全過程的 能量利用率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機床多源能量效率在線檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述工件加 工過程比能效率（輸入總能量/工件數(shù)量）的測取方法為根據(jù)理論公式（4)得到加工工件 比能效率。 加工工件比能效率
（4) 其中，n3表示機床加工工件比能效率，N表示加工工件數(shù)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機床多源能量效率在線檢測系統(tǒng)，其特征在于，機床設(shè)備有 效利用率（加工時間/檢測時間）的測取方法為根據(jù)理論公式（5)得到機床設(shè)備有效利用 率； 機床設(shè)備有效利用率
（5) 其中，nM表示機床設(shè)備有效利用率，T。表示切削加工時間，Td表示檢測時間。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種機床多源能耗系統(tǒng)多信息在線檢測系統(tǒng)，由硬件部分和軟件系統(tǒng)組成；硬件部分包括相關(guān)功率傳感器、傳輸轉(zhuǎn)換接口和接收并處理信息用上位機終端；軟件系統(tǒng)包括能效實時檢測模塊、系統(tǒng)參數(shù)配置模塊、能效分析模塊、能效分析結(jié)果歷史查詢模塊；該系統(tǒng)能在線檢測和監(jiān)測機床主動力系統(tǒng)和全部輔助系統(tǒng)的能量消耗動態(tài)信息，能在線檢測和監(jiān)測工件機械加工全過程的輸入能量、有效能量、過程功率、瞬態(tài)效率、工件加工過程能量利用率以及能量比能效率、設(shè)備有效利用率。該檢測系統(tǒng)的一體化設(shè)計，方便實用,并為提高量大面廣的機械加工系統(tǒng)能量效率各項參數(shù)提供了一種檢測分析系統(tǒng)，為加強機械加工過程能量消耗與能量效率的狀態(tài)分析、管理控制和節(jié)能優(yōu)化提供了一種支持工具。
【IPC分類】G05B19-406
【公開號】CN104808584
【申請?zhí)枴緾N201510085643
【發(fā)明人】劉飛, 劉高君, 謝俊, 吳鵬飛, 劉霜
【申請人】重慶大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年2月17日