CN104625276B - 一种火花机在线运行参数实时监控系统及其监控方法 - Google Patents

一种火花机在线运行参数实时监控系统及其监控方法 Download PDF

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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23H1/00Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
    • B23H1/02Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges

Abstract

本发明公开了一种火花机在线运行参数实时监控系统及其监控方法,属于实时检测技术领域。本发明的监控系统中温度信号采集模块、电压信号采集模块、电流信号采集模块、液位信号采集模块均与AD转换模块相连;AD转换模块的输出端接入内置CAN控制器的微处理器模块的输入端,CAN控制器的输入输出端与光耦的输入输出端相连,光耦的输入输出端与CAN收发器的输入输出端相连,CAN收发器与CAN总线相连,CAN总线通过CAN总线接口适配卡与上位机相连。本发明的监控方法将采集到的信号送到上位机,在上位机上做故障报警的设置以及对数据进行分析整理,实现实时监控火花机在线运行参数与数据管理功能,使用方便,反应灵敏且精度高。

Description

一种火花机在线运行参数实时监控系统及其监控方法
技术领域
[0001] 本发明属于火花机运行参数检测技术领域,涉及一种火花机在线运行参数实时监 控系统及其监控方法,尤其是涉及到火花机电压、电流、温度、液位的在线检测,还应用到了 基于CAN协议的现场总线技术,完成多运行参数信号的实时传输。
背景技术
[0002] 火花机是一种机械加工设备,主要用于电火花加工。火花机广泛应用在各种金属 模具、机械设备的制造中,它是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀 除导电材料的特种加工方法,又称放电加工或电蚀加工。
[0003] 火花机常监测的运行参数有电压信号、电流信号、温度信号、液位信号。电压、电流 信号为火花机脉冲电源的电压、电流信号,通过对电加工时电压、电流信号的监控,可以了 解加工时两极间脉冲放电的机理,对有异常的放电情况可以早发现早处理;温度信号为工 作液的温度信号,通过对工作液温度的监测,可以及时发现大幅温度上升现象,从而防止事 故的发生;液位信号为工作液的液位信号,通过该信号的监测提醒工作人员及时补充加工 液。这四个参数的实时监控对火花机的运行实况、故障诊断和使用寿命有着十分重要的意 义。由于国内的火花机设备研究比较晚,已经生产出来的火花机设备没有集电压、电流、温 度、液位于一体化,但是火花机越来越复杂的故障却对实时监控有了迫切的需求,考虑到火 花机设备的成本较大,所以在现有的设备上增加外设的监控单元系统就显得很有必要。
[0004] 经检索,没有针对电压、电流、温度、液位一体数字化的火花机实时监控系统。现有 的火花机设备有自带的电压电流仪表,该仪表为表盘式模拟指针式仪表,灵敏度低,读数不 方便。此外火花机设备没有对加工液液位的检测,对于温度仅仅是通过一个热继电器做温 度上限的报警切断,并没有对运行时的温度检测。针对如何实现火花机在线运行参数的实 时监控,其关键的难点在于如何实现监控的实时性和较高的测量精度。目前公开的技术方 案均无法满足火花机在线运行参数的实时监控要求,尤其是其检测的精度无法达到火花机 监控的需求,急需研究实时性好、精度高的火花机在线运行参数实时监控系统及监控方法。
[0005] 关于火花机的状态检测的技术方案,中国专利申请号201110133154.4,申请日为 2011年5月23日,发明创造名称为:电火花线切割加工间隙放电状态检测装置与方法,该申 请案中装置的差分采样模块通过信号传输电缆与电火花机床的两极相连,差分采样模块的 信号输出端与阈值比较模块的信号输入端连接,阈值比较模块的信号输出端与光电隔离模 块的信号输入端连接,CPLD状态判别和处理模块的第一信号输入端与光电隔离模块的信号 输出端连接,CPLD状态判别和处理模块的信号输出端通过PCI104总线电缆与上位机的信号 输入端连接,上位机的信号输出端通过CPLD程序下载电缆与CPLD状态判别和处理模块的第 二信号输入端连接。该申请案在一定程度上实现了电火花线切割加工机床的间隙脉冲放电 状态检测,但是,该申请案没有涉及集电压信号、电流信号、温度信号、液位信号一体的数字 化实时监控系统,而且其检测的精度也有待进一步提高。
发明内容
[0006] 1.发明要解决的技术问题
[0007] 本发明的目的在于克服传统火花机对部分运行参数无检测,且在线运行参数监控 的实时性和精度难以达到使用要求的不足,提供了一种火花机在线运行参数实时监控系统 及其监控方法。采用本发明的技术方案,使用方便,反应灵敏且精度高,尤其针对于火花机 对高精度温度检测的要求,设计了一种基于双运放恒流源的三线制测温电路,并将所检测 信息通过CAN总线实时传到上位机,可以实现远程监控与管理。
[0008] 2.技术方案
[0009] 为达到上述目的,本发明提供的技术方案为:
[0010] 其一,本发明的一种火花机在线运行参数实时监控系统,包括采集终端、通信模块 和上位机,所述的通信模块包括内置CAN控制器的微处理器模块、光耦、CAN收发器、CAN总线 和CAN总线接口适配卡,其中:所述的CAN控制器的输入输出端与光耦的输入输出端相连,所 述的光親的输入输出端与CAN收发器的输入输出端相连,所述的CAN收发器与CAN总线相连, 所述的CAN总线通过CAN总线接口适配卡与上位机相连;所述的采集终端包括电源模块、显 示模块、AD转换模块、温度信号采集模块、电压信号采集模块、电流信号采集模块和液位信 号采集模块,其中:所述的温度信号采集模块用于采集火花机工作液的温度信号,所述的电 压信号采集模块、电流信号采集模块分别用于采集火花机脉冲电源的电压、电流信号,所述 的液位信号采集模块用于采集火花机工作液的液位信号,上述的温度信号采集模块、电压 信号采集模块、电流信号采集模块、液位信号采集模块的输出端均与AD转换模块的输入端 相连;AD转换模块的输出端接入内置CAN控制器的微处理器模块的输入端,所述的显示模块 也与内置CAN控制器的微处理器模块相连,电源模块给监控系统供电。
[0011] 更进一步地,所述的温度信号采集模块包括温度传感器、双运放恒流源电路、2.5V 稳压电路和信号放大电路,其中:所述的2.5V稳压电路的输出端与双运放恒流源电路的输 入端相连,所述的双运放恒流源电路的输出端与信号放大电路的输入端相连,所述的温度 传感器的输出端与信号放大电路的输入端相连,所述的信号放大电路的输出端与AD转换模 块的输入端相连。
[0012] 更进一步地,所述的电压信号采集模块包括电压传感器和分压调理电路,所述的 电压传感器的输入端与火花机脉冲电源的被测电压信号相连,所述的电压传感器的输出端 与分压调理电路的输入端相连,该分压调理电路的输出端与AD转换模块的输入端相连。
[0013] 更进一步地,所述的电流信号采集模块包括电流传感器和分压调理电路,火花机 脉冲电源的被测电流的导线穿过电流传感器的闭环,所述的电流传感器与分压调理电路的 输入端相连,该分压调理电路的输出端与AD转换模块的输入端相连。
[0014] 更进一步地,所述的液位信号采集模块包括液位传感器和分压调理电路,所述的 液位传感器安装在火花机工作液中,该液位传感器的输出端与分压调理电路相连,所述的 分压调理电路的输出端与AD转换模块的输入端相连。
[0015] 更进一步地,所述的双运放恒流源电路、2.5V稳压电路和信号放大电路设置于测 控终端的测控板上,测控终端通过导轨安装在火花机的外壳壁上,所述的温度传感器固定 在火花机工作液中;所述的温度传感器为三线制的PT1000,所述的2.5V稳压电路包括限流 电阻RO和TL431,所述的双运放恒流源电路包括运算放大器AU运算放大器A2、加法器电阻 R1、加法器电阻R2、加法器电阻R3、加法器电阻R4和参考电阻Rref,所述的信号放大电路包 括运算放大器A3、滤波电容CU滤波电容C2、滤波电容C3、滤波电容C4和电阻R5、电阻R6、电 阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻Rl 0;其中:
[0016] 所述的三线制的PT1000的三线分别为正端、负端1、负端2,三线制的PT1000的正端 通过信号放大电路的电阻R9、电阻RlO串联接到运算放大器A3的输出端,且正端接地;三线 制的PT1000的负端1通过电阻R6接信号放大电路中运算放大器A3的“+”端并通过滤波电容 C2接地,运算放大器A3的“+”端通过滤波电容C3接地;三线制的PT1000的负端2通过信号放 大电路的电阻R5、电阻R7接运算放大器A3的“端,且负端2通过滤波电容Cl接地,运算放大 器A3的“端通过滤波电容C4与电阻R8、电阻RlO先串联后并联后接运算放大器A3的输出 端;
[0017] 所述的2.5V稳压电路的12V通过限流电阻RO接TL431的一、三端,TL431的二端接 地;2.5V稳压电路的输出Vref通过加法器电阻R2接运算放大器Al的“+”端,运算放大器Al的 “+”端通过加法器电阻Rl接运算放大器A2的输出端,运算放大器Al的端通过加法器电阻 R3接地并通过加法器电阻R4接其输出端,运算放大器Al的输出端通过参考电阻Rref接运算 放大器A2的“+”端,运算放大器A2的“+”端接信号放大电路中电阻R5和电阻R7公共端,运算 放大器A2的“端接运算放大器A2的输出端;所述的信号放大电路的运算放大器A3的输出 端接Vo接AD转换模块进行AD转换。
[0018] 其二,本发明的一种火花机在线运行参数实时监控方法,其步骤为:
[0019] 步骤一:采集终端上电开始工作,温度信号采集模块采集火花机工作液的温度信 号,电压信号采集模块、电流信号采集模块分别采集火花机脉冲电源的电压、电流信号,液 位信号采集模块采集火花机工作液的液位信号,上述温度信号采集模块、电压信号采集模 块、电流信号采集模块、液位信号采集模块将采集到的信号送到AD转换模块的输入端,AD转 换模块对信号进行采样转换,内置CAN控制器的微处理器模块定时读取采样转换后的数据, 并对数据进行存储,存储的数据经过中值、均值滤波处理后,在显示模块上做温度、电压、电 流、液位信号显示;
[0020] 步骤二:步骤一中采样转换后的数据进入通信模块,经过CAN控制器、光耦、CAN收 发器传到CAN总线上,CAN总线上的数据经过CAN总线接口适配卡传送到上位机;
[0021] 步骤三:根据步骤二通过CAN总线传到上位机的数据,在上位机上做故障报警的设 置以及对数据进行分析整理,实现实时监控火花机在线运行参数与数据管理功能。
[0022] 3.有益效果
[0023] 采用本发明提供的技术方案,与现有技术相比,具有如下显著效果:
[0024] (1)本发明的一种火花机在线运行参数实时监控系统,其温度信号采集模块用于 采集火花机工作液的温度信号,电压信号采集模块、电流信号采集模块分别用于采集火花 机脉冲电源的电压、电流信号,液位信号采集模块用于采集火花机工作液的液位信号,而且 采样转换后的数据进入通信模块,经过CAN控制器、光耦、CAN收发器传到CAN总线上,CAN总 线上的数据经过CAN总线接口适配卡传送到上位机,本发明将火花机在线运行参数电压、电 流、温度、液位信号测量集于一体,实现了一体数字化检测,并通过CAN总线将检测的数据实 时的传到上位机,易于实现远程监控与管理,对火花机的运行实况、故障诊断和使用寿命有 着十分重要的意义;
[0025] (2)本发明的一种火花机在线运行参数实时监控系统,其温度信号采集模块包括 温度传感器、双运放恒流源电路、2.5V稳压电路和信号放大电路,本发明设计的温度信号采 集模块是基于双运放恒流源的三线制测温电路,克服了长距离引线导线电阻的影响,保证 测量的高精度和稳定性,本发明针对于火花机对高精度温度检测的要求对温度信号采集模 块进行了创新设计,使得温度信号检测具有良好的实时性和较高的精度,为实现在线实时 监控火花机的运行参数提供了技术保障。
附图说明
[0026] 图1为本发明的一种火花机在线运行参数实时监控系统的通讯框图;
[0027] 图2为本发明中采集终端的硬件设计框图;
[0028] 图3为本发明中温度信号采集模块框图;
[0029] 图4为本发明中电压信号采集模块框图;
[0030] 图5为本发明中电流信号采集模块框图;
[0031] 图6为本发明中液位信号采集模块框图。
具体实施方式
[0032] 为进一步了解本发明的内容,结合附图和实施例对本发明作详细描述。
[0033] 实施例1
[0034] 本实施例的一种火花机在线运行参数实时监控系统,包括采集终端、通信模块和 上位机。如图1所示,本实施例中的通信模块包括内置CAN控制器的微处理器模块、光耦、CAN 收发器、CAN总线和CAN总线接口适配卡,其中:所述的CAN控制器的输入输出端与光耦的输 入输出端相连,所述的光親的输入输出端与C AN收发器的输入输出端相连,所述的C AN收发 器与CAN总线相连,所述的CAN总线通过CAN总线接口适配卡与上位机相连。具体在本实施例 中,光耦选用6N137高速光耦合器,CAN收发器采用TJA1050高速CAN收发器。
[0035] 如图2所示,本实施例中的采集终端包括电源模块、显示模块、AD转换模块、温度信 号采集模块、电压信号采集模块、电流信号采集模块和液位信号采集模块,其中:所述的温 度信号采集模块用于采集火花机工作液的温度信号,所述的电压信号采集模块、电流信号 采集模块分别用于采集火花机脉冲电源的电压、电流信号,所述的液位信号采集模块用于 采集火花机工作液的液位信号,上述的温度信号采集模块、电压信号采集模块、电流信号采 集模块、液位信号采集模块的输出端均与AD转换模块的输入端相连;AD转换模块的输出端 接入内置CAN控制器的微处理器模块的输入端,所述的显示模块也与内置CAN控制器的微处 理器模块相连,显示模块实现采样转换后的温度、电压、电流、液位数据现场显示,电源模块 给监控系统供电。本实施例中的内置CAN控制器的微处理器模块为飞思卡尔16位S12X系列 MC9S12XS128单片机,该单片机内部总线频率可达40MHz,系统稳定性好,在工业控制、通信 领域,大有用武之地;本实施例中的AD转换模块为AD7195,该AD转换模块是一款适合高精密 测量应用的低噪声、24位Σ-Δ型模数转换器(ADC),内置交流激励,用于消除桥式传感器中 的直流感应偏置,可配置为两路差分输入或四路伪差分输入。
[0036] 关于温度信号采集方面,传统的PtlOOO温度信号处理电路采用普通电桥电路或四 线制恒流源驱动电路。其中,普通电桥电路的主要缺陷有:①由于普通电桥电路中的AD转换 器的参考电压是独立的高精度参考电压源,所以AD转换器输出的数字量与PtlOOO阻值呈非 线性关系;②普通电桥电路为了实现高精度温度测量必须使用高精度参考电压源,而高精 度参考电压源价格高,且其电压值受环境温度的影响较大,所以普通电桥电路不利于在恶 劣的现场环境下(强电磁干扰)使用;③普通电桥电路只能使用两线制PtlOOO,所以测量精 度受导线电阻影响较大。四线制恒流源驱动电路精度最高,但本身存在难以克服缺陷:①四 线制的恒流源电路其AD转换器输出的数字量与PtlOOO阻值呈非线性关系;②恒流源驱动电 路为了实现高精度温度测量必须使用高精度参考电压源,而高精度参考电压源价格高;③ 四线制恒流源电路需要四根导线,相对成本较高。
[0037] 针对于火花机对高精度温度检测的要求,本实施例采用新型温度信号采集电路, 结合了四线制恒流源驱动电路的优点,克服了普通电桥电路及四线制恒流源电路的缺陷, 提出了基于双运放恒流源的三线制测温电路,对提高温度检测精度具有重要的意义,火花 机运行参数中的温度检测精度得到保证是实现在线监控的关键要素,也是现有技术中要解 决的关键难题。
[0038] 如图3所示,本实施例中的温度信号采集模块包括温度传感器、双运放恒流源电 路、2.5V稳压电路和信号放大电路,其中:所述的2.5V稳压电路的输出端与双运放恒流源电 路的输入端相连,所述的双运放恒流源电路的输出端与信号放大电路的输入端相连,所述 的温度传感器的输出端与信号放大电路的输入端相连,所述的信号放大电路的输出端与AD 转换模块的输入端相连。具体在本实施例中,双运放恒流源电路、2.5V稳压电路和信号放大 电路设置于测控终端的测控板上,测控终端通过导轨安装在火花机的外壳壁上,所述的温 度传感器固定在火花机工作液中;所述的温度传感器为三线制的PT1000,所述的2.5V稳压 电路包括限流电阻RO和TL431,所述的双运放恒流源电路包括运算放大器AU运算放大器 A2、加法器电阻RU加法器电阻R2、加法器电阻R3、加法器电阻R4和参考电阻Rref,所述的信 号放大电路包括运算放大器A3、滤波电容Cl、滤波电容C2、滤波电容C3、滤波电容C4和电阻 R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻Rl 0。现结合图3详细说明如下:
[0039] 三线制的PT1000的三线分别为正端、负端1、负端2,三线制的PT1000的正端通过信 号放大电路的电阻R9、电阻RlO串联接到运算放大器A3的输出端,且正端接地;三线制的 PT1000的负端1通过电阻R6接信号放大电路中运算放大器A3的“+”端并通过滤波电容C2接 地,运算放大器A3的“+”端通过滤波电容C3接地;三线制的PT1000的负端2通过信号放大电 路的电阻R5、电阻R7接运算放大器A3的“端,且负端2通过滤波电容Cl接地,运算放大器A3 的端通过滤波电容C4与电阻R8、电阻RlO先串联后并联后接运算放大器A3的输出端。 2.5V稳压电路的12V通过限流电阻RO接TL431的一、三端,TL431的二端接地,此处TL431的一 端、二端、三端即为图3中的1端、2端、3端,所用的TL431有3个引脚端口,1端为Uref端口,它 是输出电压Vref的设定端,2端为阳极A,3端为阴极K;2.5V稳压电路的输出Vref通过加法器 电阻R2接运算放大器Al的“+”端,运算放大器Al的“+”端通过加法器电阻Rl接运算放大器A2 的输出端,运算放大器Al的端通过加法器电阻R3接地并通过加法器电阻R4接其输出端, 运算放大器Al的输出端通过参考电阻Rref接运算放大器A2的“+”端,运算放大器A2的“+”端 接信号放大电路中电阻R5和电阻R7公共端,运算放大器A2的“端接运算放大器A2的输出 端;所述的信号放大电路的运算放大器A3的输出端接Vo接AD转换模块进行AD转换。
[0040] 图3中的rl、r2、r3为三线制的PTlOOO导线等效电阻,C1、C2、C3、C4为O.OlyF滤波电 容,运算放大器Al、运算放大器A2为低噪声、低失调、高开环增益双极性运算放大器0P07,运 算放大器Al与加法器电阻!?1、1?2、1?3、1?4构成加法器42为电压跟随器,1^6€为参考电阻,八3 为0P07的更新换代产品0P77,它是一种更精密、超低失调电压、低噪声、低漂移的运算放大 器,运算放大器A3与电阻1?5、1?6、1?7、1?8、1?9、1?10构成信号放大电路。¥^€为2.5¥,参考电阻 Rref两端电势分别为Va、Vb,I为流过三线制的PT1000的电流,为了尽量减少PtlOOO自发热 对测量结果的影响,要保证KO. 5mA,Vc为PT1000负端1的电势,Vd为R5和R7公共端的电势, 尺5 = 1!(,1?6 = 1?7 = 2001(,肚为三线制的?1'1000电阻阻值。1?7>>1?5,由图3可得,当1?1 = 1?2 = 1?3 =R4 时:
[0041]
Figure CN104625276BD00091
[0042] 贝 lj:
[0043]
Figure CN104625276BD00092
[0044] vref = 2 · 5V,为保证 I〈0 · 5mA,取 Rref = 6 · 25K。当 R7»R5,有:
Figure CN104625276BD00093
[0045]
[0046]
[0047] 根据理想运算放大器的“虚短”和“虚断”概念有:
[0048]
Figure CN104625276BD00094
[0049] 取1?7 = 1?841=^ = ^,根据式©“4)、(5)得:
[0050]
Figure CN104625276BD00095
[0051] 令
Figure CN104625276BD00096
,K为放大倍数,R5为PT100在0度时对应的阻值,大小为 1Κ,Δ T为铂电阻随温度的变化值,则(6)式可写为:
[0052]
Figure CN104625276BD00097
[0053] 采用Vref、GND作为AD转换模块的Vref+和Vref-,AD转换模块配置为单极性则有:
[0054]
Figure CN104625276BD00098
[0055] 其中:N为AD转换模块2的位数,所以AD转换模块结果在放大单元增益K及Rref电阻 值恒定的情况下,仅与铂电阻随温度的变化值A T有关,且与铂电阻随温度的变化值△ T成 线性关系,采用同一个电压给恒流源及AD转换模块作参考电压,降低了对硬件电路的苛刻 要求,显著提高了温度检测的精度。
[0056] 本实施例中火花机测温的范围一般为0_70°C,查PtlOOO分度表PtlOOO阻值与温度 对应关系的标准表可知,70°C条件下,PtlOOO的阻值为:1270.751 Ω,AT = 0.270751K,Rref = 6·25Κ,令:
[0057]
Figure CN104625276BD00101
Figure CN104625276BD00102
[0058] 则推出K<23.08,合理配置R9、R10阻值取K= 23,Ptl000的温度系数为TCR = 3.85 Ω /°C,设Δ t为AD值变动1时的温度变化值(分辨_,取AD转换的20位,即N = 20,令ADciut = 1,则:
[0059]
[0060] 若AD配置为双极性,则:At’ =2At = 1.35*10—4°C〈0.0002°C。若取AD转换的 16位, 艮 PN= 16,令 ADciut= 1,则 Δ t = Δ T/TCR = 625(V(216*23*3 · 85) =0 · 00107Γ 〜0 · OOrc,若 AD 配置为双极性则A t’ = 2 Δ t = 0.00214〜0.002°C,根据以上申请人对AD配置为双极性,取N =16〇
[0061] 根据以上分析,本实施例基于双运放恒流源的三线制测温电路具有以下优点:① 分辨率高,对AD转换的24位只取16位,测量分辨率便高达0.002°C;②大大减小了PT1000引 线电阻对测量精度的影响,由(6)式知当rl=r2 = r3时,AD采样电压Vo与引线电阻无关;③ AD转换输出的数字量ADout与PtlOOO阻值成线性关系,由⑵式知ADout只与铂电阻随温度 的变化值A T有关;④不需使用高精度的参考电压源,式(8)可知,A D转换输出的数字量 ADout跟参考电压的精度无关,只要提供普通的供电电压即可;⑤PTlOOO自发热小,在保证 高分辨率的情况下,尽量增大Rref,使PTlOOO不发热流过的电流小于0.5mA,此外为了防止 R1,R2,R3,R4这4个电阻失配,而影响恒流源的稳定性,所以实际中,对大量同一批次的精密 电阻进行筛选,选出其中阻值接近的4个电阻;⑥在现实应用中,该电路温度测量精度可达 0.02Γ,受外界环境的影响小,适合在恶劣的环境下进行长期稳定的测量。本发明采用的温 度信号采集模块克服了长距离引线导线电阻的影响,保证测量的高精度和稳定性,本发明 针对于火花机对高精度温度检测的要求对温度信号采集模块进行了创新设计,使得温度信 号检测具有良好的实时性和较高的精度,为实现在线实时监控火花机的运行参数提供了技 术保障。
[0062] 如图4所示,本实施例中的电压信号采集模块包括电压传感器和分压调理电路,所 述的电压传感器的输入端与火花机脉冲电源的被测电压信号相连,所述的电压传感器的输 出端与分压调理电路的输入端相连,该分压调理电路的输出端与AD转换模块的输入端相 连。本实施例中的电压信号采集模块安装在测控终端的测控板上,测控终端通过导轨安装 在火花机的外壳壁上。本实施例的电压传感器基于霍尔效应原理,可以测量直流、交流和混 合波形的电压,电压传感器采用12V、-5V电源供电,电压传感器的输入“+”端与输入端接 到火花机直流脉冲电源的正负端;分压调理电路由两个等阻值的分压电阻构成,两个分压 电阻的公共端引出采样电压信号送到AD转换模块进行AD转换。
[0063] 如图5所示,本实施例中的电流信号采集模块包括电流传感器和分压调理电路,火 花机脉冲电源的被测电流的导线穿过电流传感器的闭环,所述的电流传感器与分压调理电 路的输入端相连,该分压调理电路的输出端与AD转换模块的输入端相连。本实施例中的电 流信号采集模块安装在测控终端的测控板上,测控终端通过导轨安装在火花机的外壳壁 上。本实施例的电流传感器基于霍尔效应原理,可以测量直流、交流和混合波形的电流,电 流传感器采用12V电源供电,分压调理电路由两个等阻值的分压电阻构成,两个分压电阻的 公共端引出采样电压信号送到AD转换模块进行AD转换。
[0064] 如图6所示,本实施例中的液位信号采集模块包括液位传感器和分压调理电路,所 述的液位传感器安装在火花机工作液中,该液位传感器的输出端与分压调理电路相连,所 述的分压调理电路的输出端与AD转换模块的输入端相连。本实施例中的分压调理电路安装 在测控终端的测控板上,测控终端通过导轨安装在火花机的外壳壁上,液位传感器安装在 火花机床体内的工作液中。本实施例中的液位传感器为静压液位计,它是基于所测液体静 压与该液体的高度成比例的原理,采用国外先进的隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力 敏感传感器,将静压转换为电信号,再经过温度补偿和线性修正,转化成标准电信号;液位 传感器采用24V电源供电;分压调理电路由两个等阻值的分压电阻构成,两个分压电阻的公 共端引出采样电压信号送到AD转换模块进行AD转换。
[0065] 本实施例的一种火花机在线运行参数实时监控方法,其具体的步骤为:
[0066] 步骤一:采集终端上电开始工作,温度信号采集模块采集火花机工作液的温度信 号,电压信号采集模块、电流信号采集模块分别采集火花机脉冲电源的电压、电流信号,液 位信号采集模块采集火花机工作液的液位信号,上述温度信号采集模块、电压信号采集模 块、电流信号采集模块、液位信号采集模块将采集到的信号送到AD转换模块的输入端,AD转 换模块对信号进行采样转换,AD转换模块与内置CAN控制器的微处理器模块之间通过SPI总 线进行数据传输,内置CAN控制器的微处理器模块定时读取采样转换后的数据,并对数据进 行存储,存储的数据经过中值、均值滤波处理后,在显示模块上做温度、电压、电流、液位信 号显示;
[0067] 步骤二:步骤一中采样转换后的数据进入通信模块,经过CAN控制器、光耦、CAN收 发器传到CAN总线上,CAN总线上的数据经过CAN总线接口适配卡传送到上位机,在不加中继 的条件下,CAN总线传输速率50KPS时,传输距离可达到1300m,CAN总线最大传输速率可达到 1MKPS。本实施例中为了为抑制线路的回波干扰,在CAN总线两端各连有一 120欧姆终端电 阻。
[0068] 步骤三:根据步骤二通过CAN总线传到上位机的数据,在上位机上做故障报警的设 置以及对数据进行分析整理,实现实时监控火花机在线运行参数与数据管理功能。本实施 例通过CAN总线,办公区可以实时监控现场火花机设备运行时各参数的信息,然后对相关数 据信息进行分析处理,实现监控与数据管理功能。
[0069] 本实施例的一种火花机在线运行参数实时监控系统,其温度信号采集模块用于采 集火花机工作液的温度信号,电压信号采集模块、电流信号采集模块分别用于采集火花机 脉冲电源的电压、电流信号,液位信号采集模块用于采集火花机工作液的液位信号,而且采 样转换后的数据进入通信模块,经过CAN控制器、光耦、CAN收发器传到CAN总线上,CAN总线 上的数据经过CAN总线接口适配卡传送到上位机,本实施例将火花机在线运行参数电压、电 流、温度、液位信号测量集于一体,实现了一体数字化检测,并通过CAN总线将检测的数据实 时的传到上位机,易于实现远程监控与管理,对火花机的运行实况、故障诊断和使用寿命有 着十分重要的意义。尤其需要说明的是,本实施例中的温度信号采集模块包括温度传感器、 双运放恒流源电路、2.5V稳压电路和信号放大电路,创新设计的温度信号采集模块是基于 双运放恒流源的三线制测温电路,克服了长距离引线导线电阻的影响,保证测量的高精度 和稳定性,针对于火花机对高精度温度检测的要求对温度信号采集模块进行了创新设计, 使得温度信号检测具有良好的实时性和较高的精度,为实现在线实时监控火花机的运行参 数提供了技术保障,使得真正实现火花机在线运行参数实时监控成为现实。
[0070]以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述,该描述没有限制性,附图中所 示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。所以,如果本领域的普通技 术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案 相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1. 一种火花机在线运行参数实时监控系统,包括采集终端、通信模块和上位机,其特征 在于: 所述的通信模块包括内置CAN控制器的微处理器模块、光耦、CAN收发器、CAN总线和CAN 总线接口适配卡,其中:所述的CAN控制器的输入输出端与光耦的输入输出端相连,所述的 光親的输入输出端与CAN收发器的输入输出端相连,所述的CAN收发器与CAN总线相连,所述 的CAN总线通过CAN总线接口适配卡与上位机相连; 所述的采集终端包括电源模块、显示模块、AD转换模块、温度信号采集模块、电压信号 采集模块、电流信号采集模块和液位信号采集模块,其中:所述的温度信号采集模块用于采 集火花机工作液的温度信号,所述的电压信号采集模块、电流信号采集模块分别用于采集 火花机脉冲电源的电压、电流信号,所述的液位信号采集模块用于采集火花机工作液的液 位信号,上述的温度信号采集模块、电压信号采集模块、电流信号采集模块、液位信号采集 模块的输出端均与AD转换模块的输入端相连;AD转换模块的输出端接入内置CAN控制器的 微处理器模块的输入端,所述的显示模块也与内置CAN控制器的微处理器模块相连,电源模 块给监控系统供电; 所述的温度信号采集模块包括温度传感器、双运放恒流源电路、2.5V稳压电路和信号 放大电路,其中:所述的2.5V稳压电路的输出端与双运放恒流源电路的输入端相连,所述的 双运放恒流源电路的输出端与信号放大电路的输入端相连,所述的温度传感器的输出端与 信号放大电路的输入端相连,所述的信号放大电路的输出端与AD转换模块的输入端相连; 所述的双运放恒流源电路、2.5V稳压电路和信号放大电路设置于测控终端的测控板 上,测控终端通过导轨安装在火花机的外壳壁上,所述的温度传感器固定在火花机工作液 中;所述的温度传感器为三线制的PT1000,所述的2.5V稳压电路包括限流电阻RO和TL431, 所述的双运放恒流源电路包括运算放大器A1、运算放大器A2、加法器电阻R1、加法器电阻 R2、加法器电阻R3、加法器电阻R4和参考电阻Rref,所述的信号放大电路包括运算放大器 A3、滤波电容Cl、滤波电容C2、滤波电容C3、滤波电容C4和电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、 电阻R9、电阻R10;其中: 所述的三线制的PT1000的三线分别为正端、负端1、负端2,三线制的PT1000的正端通过 信号放大电路的电阻R9、电阻RlO串联接到运算放大器A3的输出端,且正端接地;三线制的 PT1000的负端1通过电阻R6接信号放大电路中运算放大器A3的“+”端并通过滤波电容C2接 地,运算放大器A3的“+”端通过滤波电容C3接地;三线制的PT1000的负端2通过信号放大电 路的电阻R5、电阻R7接运算放大器A3的“端,且负端2通过滤波电容Cl接地,运算放大器A3 的端通过滤波电容C4与电阻R8、电阻RlO先串联后并联后接运算放大器A3的输出端; 所述的2.5V稳压电路的12V通过限流电阻RO接TL431的一、三端,TL431的二端接地; 2.5V稳压电路的输出Vref通过加法器电阻R2接运算放大器Al的“+”端,运算放大器Al的“+” 端通过加法器电阻Rl接运算放大器A2的输出端,运算放大器Al的端通过加法器电阻R3 接地并通过加法器电阻R4接其输出端,运算放大器Al的输出端通过参考电阻Rref接运算放 大器A2的“+”端,运算放大器A2的“+”端接信号放大电路中电阻R5和电阻R7公共端,运算放 大器A2的“端接运算放大器A2的输出端;所述的信号放大电路的运算放大器A3的输出端 接Vo接AD转换模块进行AD转换。
2. 根据权利要求1所述的一种火花机在线运行参数实时监控系统,其特征在于:所述的 电压信号采集模块包括电压传感器和分压调理电路,所述的电压传感器的输入端与火花机 脉冲电源的被测电压信号相连,所述的电压传感器的输出端与分压调理电路的输入端相 连,该分压调理电路的输出端与AD转换模块的输入端相连。
3. 根据权利要求1所述的一种火花机在线运行参数实时监控系统,其特征在于:所述的 电流信号采集模块包括电流传感器和分压调理电路,火花机脉冲电源的被测电流的导线穿 过电流传感器的闭环,所述的电流传感器与分压调理电路的输入端相连,该分压调理电路 的输出端与AD转换模块的输入端相连。
4. 根据权利要求1所述的一种火花机在线运行参数实时监控系统,其特征在于:所述的 液位信号采集模块包括液位传感器和分压调理电路,所述的液位传感器安装在火花机工作 液中,该液位传感器的输出端与分压调理电路相连,所述的分压调理电路的输出端与AD转 换模块的输入端相连。
5. —种火花机在线运行参数实时监控方法,利用如权利要求1〜4任一项所述的一种火 花机在线运行参数实时监控系统来完成,其特征在于,其步骤为: 步骤一: 采集终端上电开始工作,温度信号采集模块采集火花机工作液的温度信号,电压信号 采集模块、电流信号采集模块分别采集火花机脉冲电源的电压、电流信号,液位信号采集模 块采集火花机工作液的液位信号,上述温度信号采集模块、电压信号采集模块、电流信号采 集模块、液位信号采集模块将采集到的信号送到AD转换模块的输入端,AD转换模块对信号 进行采样转换,内置CAN控制器的微处理器模块定时读取采样转换后的数据,并对数据进行 存储,存储的数据经过中值、均值滤波处理后,在显示模块上做温度、电压、电流、液位信号 显不; 其中:所述的采集终端包括电源模块、显示模块、AD转换模块、温度信号采集模块、电压 信号采集模块、电流信号采集模块和液位信号采集模块,所述的温度信号采集模块用于采 集火花机工作液的温度信号,所述的电压信号采集模块、电流信号采集模块分别用于采集 火花机脉冲电源的电压、电流信号,所述的液位信号采集模块用于采集火花机工作液的液 位信号,上述的温度信号采集模块、电压信号采集模块、电流信号采集模块、液位信号采集 模块的输出端均与AD转换模块的输入端相连;AD转换模块的输出端接入内置CAN控制器的 微处理器模块的输入端,所述的显示模块也与内置CAN控制器的微处理器模块相连,电源模 块给监控系统供电; 步骤二: 步骤一中采样转换后的数据进入通信模块,经过CAN控制器、光耦、CAN收发器传到CAN 总线上,CAN总线上的数据经过CAN总线接口适配卡传送到上位机; 其中:所述的通信模块包括内置CAN控制器的微处理器模块、光耦、CAN收发器、CAN总线 和CAN总线接口适配卡,其中:所述的CAN控制器的输入输出端与光耦的输入输出端相连,所 述的光親的输入输出端与CAN收发器的输入输出端相连,所述的CAN收发器与CAN总线相连, 所述的CAN总线通过CAN总线接口适配卡与上位机相连; 步骤三: 根据步骤二通过CAN总线传到上位机的数据,在上位机上做故障报警的设置以及对数 据进行分析整理,实现实时监控火花机在线运行参数与数据管理功能。
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