CN106041642B - 一种嵌入式人机交互机床信息采集处理装置 - Google Patents

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Abstract

一种嵌入式人机交互机床信息采集处理装置，所述嵌入式人机交互机床信息采集处理装置包括：机床信号采集组件，嵌入式信息处理组件和上位机，所述机床信号采集组件，嵌入式信息处理组件和上位机顺次连接，所述机床信号采集组件与机床设备连接用于采集机床主电缆电流以及机床主继电器信号，同时给嵌入式信息处理组件提供直流电压，所述嵌入式信息处理组件与所述上位机连接用于与上位机进行信息的上下传输。适用范围广，兼容性好，可以对老旧数控机床状态实时监测处理，可以实时对老旧数控机床工作效率进行监控，制造执行系统（MES）合理有效对此类机床进行工作安排，提高了机床的利用率。

Description

一种嵌入式人机交互机床信息采集处理装置
技术领域
本发明涉及到机械制造业、通讯技术领域、信号采集处理领域，具体涉及一种嵌入式人机交互机床信息采集处理装置。
背景技术
目前，老式非数控机床仍广泛应用于机械制造业的重要加工设备，对非数控机床的运行状态，加工信息，加工进度，故障等信息定时采集上传，能够有效的调整机床工作状态，减少机床停机时间，提高企业的生产效率。随着企业制造自动化和信息化的加快，非数控机床走向网络化，集成化成为一种必然趋势。
目前，国内大多数企业中，老式非数控机床占大多数，更新换代有一定困难，在制造自动化和企业信息化过程中，非数控机床大部分靠人工定期统计来完成机床状态信息的控制和管理，耗费人力并且不利于机床生产效率的提高，加大了企业生产成本。其次，现有的数控机床信息采集系统不能有效应用于非数控机床。最后，现有的机床信息采集装置将机床信息通过传感器，进入嵌入式系统处理并传输给上位机，由于不具有人机交互能力，不能实时将机床开工时间、完工时间等信息反馈给上位机。
发明内容
针对工厂中现有老式非数控机床更新换代难，急需机床信息状态监测和管理，现有数控机床采用分布式数据采集（DNC）系统兼容性差，为了满足工厂车间对智能化，高效化状态上传与下达的要求，本发明的目的是提供一种能够兼容老式非数控机床，提供更加详细的机床信息，数据及时上传与下达，能够通过液晶屏幕显示机床工作信息，具有人机交互功能的嵌入式人机交互信息采集与处理装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的有益效果为：
一种嵌入式人机交互机床信息采集处理装置，所述嵌入式人机交互机床信息采集处理装置包括：机床信号采集组件，嵌入式信息处理组件和上位机，所述机床信号采集组件，嵌入式信息处理组件和上位机顺次连接，所述机床信号采集组件与机床设备连接用于采集机床主电缆电流以及机床主继电器信号，同时给嵌入式信息处理组件提供直流电压，所述嵌入式信息处理组件与所述上位机连接用于与上位机进行信息的上下传输。
进一步的，所述机床信号采集组件包括：电流互感器、主继电器信号线、电源供电模块和电气输出端口，所述电流互感器一端与机床的主电缆连接，用于采集机床主电缆电流，所述主继电器信号线一端与机床主继电器连接用于实时监测机床主轴开启/关闭情况，所述电源供电模块一端与所述电流互感器连接用于给电流互感器供电，所述电流互感器另一端、主继电器信号线另一端和电源供电模块另一端均与所述电气输出端口连接。
进一步的，所述电气输出端口包括航空插头。
进一步的，所述嵌入式信息处理组件包括：屏幕显示模块，嵌入式信号处理模块，按键模块，指示灯显示模块和钥匙开关，所述嵌入式信号处理模块通过线路与所述机床信号采集组件的电气输出端口连接，所述屏幕显示模块、按键模块、指示灯显示模块和钥匙开关分别与所述嵌入式信号处理模块连接。
进一步的，所述嵌入式信号处理模块包括：嵌入式处理器最小系统，电源变换电路、屏幕串口通讯电路、ADC采样电路和网口通讯系统。
进一步的，所述嵌入式处理器最小系统采用ARM芯片。
进一步的，所述上位机通过网线与所述嵌入式信号处理模块连接，采用UDP协议或TCP/IP协议通讯。
进一步的，多个所述上位机组成车间物联网。
适用范围广，兼容性好，可以对非数控机床状态实时监测处理，可以实时对非数控机床工作效率进行监控，制造执行系统（MES）合理有效对此类机床进行工作安排，提高了机床的利用率。
本发明采集信息及时，详细，准确，成本低；对机床工作没有干扰。
本发明装置中嵌入式信息处理组件中的信号处理板采用网口与上位机通讯，实时进行工作任务等信息的下达以及工作状态信息的上传。
本发明装置具有液晶屏显示终端，上位机发送的信息可实时在显示终端显示，具有可视化、人性化的优点。
本发明装置上位机可以进行联网监测，实现车间物联网。
附图说明
下面将结合附图及实施实例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明嵌入式人机交互机床信息采集处理装置结构示意图；
图2是本发明实施例提供的机床信号采集组件结构示意图；
图3是本发明实施例提供的嵌入式信息处理组件结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
如图1-3所示，一种嵌入式人机交互机床信息采集处理装置，所述嵌入式人机交互机床信息采集处理装置包括：机床信号采集组件1，嵌入式信息处理组件2和上位机3，所述机床信号采集组件1，嵌入式信息处理组件2和上位机3顺次连接，所述机床信号采集组件1与机床设备连接用于采集机床主电缆电流以及机床主继电器信号，同时给嵌入式信息处理组件2提供直流电压，所述嵌入式信息处理组件2与所述上位机3连接用于与上位机进行信息的上下传输。机床信号采集组件1采集机床设备工作信号，将采样信号通过GPIO口输入嵌入式信息处理组件2进行信号处理，同时将处理的数据通过网口采用TCP/IP协议上传给上位机3。
所述机床信号采集组件1包括：电流互感器11、主继电器信号线12、电源供电模块13和电气输出端口14。所述电流互感器11一端与机床的主电缆连接，用于采集机床主电缆电流，所述主继电器信号线12一端与机床主继电器连接用于实时监测机床主轴开启/关闭情况。所述电源供电模块13一端与所述电流互感器11连接用于给电流互感器11供电，所述电流互感器11另一端、主继电器信号线12另一端和电源供电模块13另一端均与所述电气输出端口14连接，所述电气输出端口14包括航空插头，所述机床信号采集组件1与嵌入式信息处理组件2通过航空插头连接，所采集的信号线通过航空插头传递到嵌入式信息处理组件2。
所述嵌入式信息处理组件2包括：屏幕显示模块21，嵌入式信号处理模块22，按键模块23，指示灯显示模块24和钥匙开关25，所述嵌入式信息处理组件2通过线路与所述机床信号采集组件1的电气输出端口14连接，所述屏幕显示模块21、按键模块23、指示灯显示模块24和钥匙开关25分别与所述嵌入式信号处理模块22连接，所述所述屏幕显示模21块为LCD液晶显示屏，用于实时显示机床信息、任务信息、任务详细信息、历史工作记录、停机原因和保养信息。所述按键模块23包括开工、完工、下翻、复位、功能、确认、取消按钮，用于操作者对上位机发送的任务信息进行响应，并且操作者可以按功能键切换界面，浏览任务历史记录，上报停机原因等，所述指示灯显示模块21用于显示电源、故障、通讯和任务情况，所述钥匙开关25用与控制嵌入式信号处理模块22开机、故障暂停和关机。
所述嵌入式信号处理模块22包括：嵌入式处理器最小系统，电源变换电路、屏幕串口通讯电路、ADC采样电路和网口通讯系统。所述嵌入式处理器最小系统采用ARM芯片，选用STM32f103vct6，其内部采用哈佛结构，具有FALSH、EEPROM等存储器，通讯接口带有UART、SPI、I²C等，具有多个10位ADC模数转换器、I/O端口，用于对输入的数字量信号、模拟量信号进行实时处理。所述电源变换电路用于将输入嵌入式信息采集盒的电压变换到嵌入式处理器最小系统所需要的电压，所述屏幕串口通信电路用于和屏幕显示模块21进行信息传输。所述ADC采样电路主要是通过电流互感器采样输入电源端电流，根据采样电流大小判断机床的工作状态，电流互感器采集测量三相电流信号，根据机床总功率可以计算出工作时的最大电流，然后一定变比输出采样电流，为滑动变阻器，根据，满量程电压为3.3V。因此，通过采样得到采样电压在0V-3.3V之间变化，与功率成正比，可以实时检测机床的工作状态。所述网口通讯系统采用ENC28J60，ENC28J60是一个带有行业标准串行外设接口（SerialPeripheral Interface，SPI）的独立以太网控制器。它可作为任何配备有 SPI 的控制器的以太网接口，嵌入式系统连接以太网的芯片。
所述按键按钮连接嵌入式信号处理模块22GPIO口。屏幕显示模块通过串口与嵌入式信号处理模块22连接，具有任务信息，机床信息，机床保养实时显示功能。所述按键模块是数字量接口，与嵌入式信号处理模块22通过GPIO口连接。
所述上位机3通过网线与所述嵌入式信号处理模块22连接，采用UDP协议或TCP/IP协议通讯，用于与嵌入式信息处理模块进行信息上传下达，上位机3将任务信息或者保养信息发送到嵌入式信号处理模块；嵌入式人机交互机床信息采集处理装置接收到上位机发送的任务信息后，通过按键进行开工、完工、停机原因、故障操作，每隔5S将机床信息上传到上位机3显示。同时上位机可组网，形成车间物联网。
采集盒外部接220VAC电源，开关电源变换出24VDC、5VDC两路直流电压信号，其中24VDC给电流互感器供电；另外5VDC的正负端连接入航空插头的1、2芯。电流互感器采集机床主电缆电流，将电流转换成4~20mA电流，连接到航空插头的3、4芯。机床主继电器常开触点接线两端连接到航空插头5、6芯。
下面简述该采集系统的工作过程：
机床设备工作过程中，嵌入式信号处理模块每隔一定时间向上位机发送任务请求，上位机收到请求信息后，将任务下发给嵌入式信号处理模块，嵌入式信号处理模块接收到上位机的任务信息指令后，将任务信息实时通过液晶屏显示，通过按下开工、完工按键等，发送信号到上位机，上位机能够实时监测机床操作者接到任务信息后是否开始、结束工作。机床主轴电缆穿过电流互感器，电流互感器将采集到的机床主轴电流转换成4-20mA模拟电压信号，传输到嵌入式信号处理模块，嵌入式信号处理模块具有ADC采样电路，将采集到的机床主轴信号进行处理，转变成机床的工作状态百分比输出到屏幕显示模块，并每隔5S上传到上位机。上位机能够对机床状态和运行状态进行实时监测。当机床发生故障时，能够通过按下故障旋钮，将故障信号反馈到嵌入式信号处理模块，并上传给上位机。
通过本发明实施例，解决了现有老旧非数控机床不能实时监测机床运行状态问题， MES上层系统能够实时监测机床运行状态，大大提高了生产效率，有利于企业信息化和工业自动化发展。本发明实例通用性高，兼容性强，可匹配多种数控非数控机床。

Claims (8)

1.一种嵌入式人机交互机床信息采集处理装置，其特征在于，所述嵌入式人机交互机床信息采集处理装置包括：机床信号采集组件，嵌入式信息处理组件和上位机，所述机床信号采集组件，嵌入式信息处理组件和上位机顺次连接，所述机床信号采集组件与机床设备连接用于采集机床主电缆电流以及机床主继电器信号，同时给嵌入式信息处理组件提供直流电压，所述嵌入式信息处理组件与所述上位机连接用于与上位机进行信息的上下传输。
2.根据权利要求1所述的嵌入式人机交互机床信息采集处理装置，其特征在于，所述机床信号采集组件包括：电流互感器、主继电器信号线、电源供电模块和电气输出端口，所述电流互感器一端与机床的主电缆连接，用于采集机床主电缆电流，所述主继电器信号线一端与机床主继电器连接用于实时监测机床主轴开启/关闭情况，所述电源供电模块一端与所述电流互感器连接用于给电流互感器供电，所述电流互感器另一端、主继电器信号线另一端和电源供电模块另一端均与所述电气输出端口连接。
3.根据权利要求2所述的嵌入式人机交互机床信息采集处理装置，其特征在于，所述电气输出端口包括航空插头。
4.根据权利要求1所述的嵌入式人机交互机床信息采集处理装置，其特征在于，所述嵌入式信息处理组件包括：屏幕显示模块，嵌入式信号处理模块，按键模块，指示灯显示模块和钥匙开关，所述嵌入式信号处理模块通过线路与所述机床信号采集组件的电气输出端口连接，所述屏幕显示模块、按键模块、指示灯显示模块和钥匙开关分别与所述嵌入式信号处理模块连接。
5.根据权利要求4所述的嵌入式人机交互机床信息采集处理装置，其特征在于，所述嵌入式信号处理模块包括：嵌入式处理器最小系统，电源变换电路、屏幕串口通讯电路、ADC采样电路和网口通讯系统。
6.根据权利要求5所述的嵌入式人机交互机床信息采集处理装置，其特征在于，所述嵌入式处理器最小系统采用ARM芯片。
7.根据权利要求1所述的嵌入式人机交互机床信息采集处理装置，其特征在于，所述上位机通过网线与嵌入式信号处理模块连接，采用UDP协议或TCP/IP协议通讯。
8.根据权利要求7所述的嵌入式人机交互机床信息采集处理装置，其特征在于，多个所述上位机组成车间物联网。
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