CN111308960A - 一种负载监控方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种负载监控方法，属于主轴负载监控技术领域，主要解决的是现有技术未能精确起到应有的保护的技术问题，所述方法具体如下：以设定周期采集设备设定区域的电流数据和计算工件数；电流数据经过预处理后得到实际电流，根据实际电流、工件数生成加工负载‑时间波形图、加工负载‑工件数波形图，保存加工负载‑时间波形图、加工负载‑工件数波形图；若实际电流或加工数量大于相应设定的安全阈值时，发送停止信号给PLC以控制设备停止并提醒用户进行相应处理；若实际电流达到电流预警值或工件数达到件数预警值，提醒用户设备处于相应的预警状态。本发明还公开了一种负载监控系统。本发明监控准确，可以实现精确保护刀具和主轴箱。
Description
技术领域
本发明涉及主轴负载监控技术领域，更具体地说，它涉及一种负载监控方法及系统。
背景技术
在机械加工设备中，主轴电机的负载和滑台进给电机的负载会发生变化，导致负载发生变化的原因有：1、刀具磨损、崩裂后或刀具重磨质量差导致负载变大；2、主轴箱轴承磨损松动、损坏、卡死导致负载发生变化；3、主轴与模板不同轴导致负载变大；5、工件余量、硬度变化导致负载变大；6、冷却、润滑不足、排屑不畅导致负载变大等，由于诸多因素的影响负载变大导致设备处于超负荷运行，其结果往往会导致刀具断裂破损，主轴箱过早磨损和齿轮崩裂等突发故障。
现有的技术解决方案如图1所示：由互感器A和电流表B组成，电流表B采集互感器A的电流，电流表B可以设定电流极限值，当电流表B检测的电流值达到电流极限值时发出信息给PLC，控制设备停止运行。
现有的技术方案电流表检测的是瞬时峰值电流，其容易受到电机启动、工件硬度、余量突变和空载电流变化因素的干扰，所以必须将电流极限值设置比较高，这就与期望的电流值极限值相差较大，在实际运用中未能对刀具和主轴箱起到应有的精确保护作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本发明的目的一是提供一种可以实现精确保护刀具和主轴箱的负载监控方法。
本发明的目的二是提供一种可以实现精确保护刀具和主轴箱的负载监控系统。
为了实现上述目的一，本发明提供一种负载监控方法，以设定周期、区域采集设备的电流数据和计算工件数；所述电流数据经过预处理后得到实际电流，根据所述实际电流、工件数生成加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图，保存所述加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图；
若所述实际电流或加工数量大于相应设定的安全阈值时，发送停止信号给PLC以控制设备停止并提醒用户进行相应处理；
若所述实际电流达到电流预警值或工件数达到件数预警值，提醒用户设备处于相应的预警状态；
根据当前的加工负载-时间波形图与历史的加工负载-时间波形图进行比对并结合空载电流的变化来预测主轴箱寿命；
根据当前的加工负载-工件数波形图与历史的加工负载-工件数波形图进行比对来预测刀具寿命；
根据首件或加工若干件后的加工负载来判断刀具重磨质量。
作为进一步地改进，所述预处理为对所述电流数据取算术平均值。
进一步地，所述加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图中的电流为纯加工负载电流或总负载电流，其中，纯加工负载电流＝总负载电流-空载电流。
进一步地，在所述加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图设定分析窗口对电流分析以确定刀具磨损程度和主轴箱运行状态。
进一步地，通过网络通信将所述加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图发送至远程客户端。
为了实现上述目的二，本发明提供一种负载监控系统，包括与设备连接的电流传感器，还包括数据采集卡、工控计算机、显示器，所述数据采集卡通过所述电流传感器采集所述设备的电流数据并发送至所述工控计算机，所述工控计算机根据上述的监控方法得到加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图，并发送至所述显示器进行显示输出，根据所述加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图预测刀具寿命和主轴箱寿命并控制所述设备运行。
有益效果
本发明与现有技术相比，具有的优点为：本发明通过采集设备的电流数据和计算工件数，生成加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图，若电流或加工数量大于设定相应的安全阈值，发送停止信号给PLC以控制设备停止并提醒用户进行相应处理；若电流达到电流预警值或工件数达到件数预警值，提醒用户设备处于相应的预警状态，根据加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图预测刀具寿命和主轴箱寿命并控制设备运行，可以提高设备自动化、智能化程度，提高设备效率，避免设备超负荷运转加速磨损，避免和减少刀具破损和主轴箱的损坏。
附图说明
图1为现有技术的结构示意图；
图2为本发明的结构原理图；
图3为本发明的控制方框图；
图4为本发明中的加工负载-时间波形图；
图5为本发明中的加工负载-工件数波形图。
具体实施方式
下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。
参阅图2-5，一种负载监控方法，以设定周期采集设备的电流数据和计算工件数，电流数据可以来源于电流互感器和电流表，也可以来源于主轴电机驱动器或变频器，设定周期为0.5s。电流数据经过预处理后得到实际电流，根据实际电流、工件数生成加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图，加工负载-时间波形图的纵轴为电流、横轴时间，如图4所示，加工负载-工件数波形图的纵轴为电流、横轴工件号，如图5所示。保存加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图，可以设定保存周期定时将加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图保存到指定位置，防止中途出现异常(如断电)导致数据丢失。
若所述实际电流或加工数量大于相应设定的安全阈值时，发送停止信号给PLC以控制设备停止并提醒用户进行相应处理，如更换刀具、清理排屑等，处理完后设备可继续运行。电流的安全阈值可以是瞬时电流，也可以是平均电流，当安全阈值为平均电流时，实际电流也要取平均值，防止瞬时峰值电流造成误判。加工数量的安全阈值为工件加工数量，正常加工情况下，工件加工数量到达后，刀具的寿命也达到，需要更换刀具。
若所述实际电流达到电流预警值或工件数达到件数预警值，提醒用户设备处于相应的预警状态，用户根据预警状态作好维护准备，如准备好更换刀具、定期清理排屑和主轴箱润滑等，可以避免设备超负荷运行寿命缩短和刀具破损。
根据当前的加工负载-时间波形图与历史的加工负载-时间波形图的形状进行比对并结合空载电流的变化来预测主轴箱寿命。空载电流为设备不加工时主轴电机运行的电流，主轴箱正常的磨损变化是有规律的，空载电流的变化规律与主轴箱正常的磨损规律一致，根据当前的加工负载-时间波形图与历史的加工负载-时间波形图进行比对可以有效预测主轴箱寿命，以方便对主轴箱进行保养或更换，保证生产效率和生产节拍。
根据当前的加工负载-工件数波形图与历史的加工负载-工件数波形图进行比对来预测刀具寿命。加工的工件数与刀具寿命为线性关系，根据加工负载-工件数波形图的变化规律可以准确预测重磨刀具的质量(加工第一个工件的电流数据)和刀具寿命或刀具磨钝程度，及时更换或修复刀具，避免刀具破损而影响工件质量和加工效率。
根据首件或加工若干件后的加工负载来判断刀具重磨质量，即根据加工第一个工件或若干件后的加工电流来判断刀具重磨质量，刀具重磨质量越好，加工电流的一致性越好。
预处理为对电流数据取算术平均值，可以有效减少噪声对检测数据的影响，防止瞬时峰值电流突变造成误判。
加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图中的电流为纯加工负载电流或总负载电流，其中，纯加工负载电流＝总负载电流-空载电流。使用纯加工负载电流方式控制可直观反映刀具磨损程度和刀具重磨后的质量，避免空载电流波动对其产生干扰。如图4所示的电流为总负载电流，如图5所示的电流为纯加工负载电流和空载电流，纯加工负载电流包括工序1的纯加工负载电流、工序2的纯加工负载电流、工序3的纯加工负载电流，其中工序3的纯加工负载电流为0。工序1、工序2、工序3的负载电流可以代表同一零件的不同加工工序的电流，也可以代表同一型号机床对应加工不同型号零件的电流。
在加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图设定分析窗口对电流分析以确定刀具磨损程度和主轴箱运行状态。通过设定分析阈值来设定分析窗口的大小，当实际电流大于分析阈值时为分析窗口的起始点，当实际电流小于分析阈值时为分析窗口的结束点。通过对不同区域的电流分析，更能切确反映刀具磨损严重程度和主轴箱运行状态，避免主轴电机启动时大电流等因素干扰数据分析和应用，可以准确评估刀具及主轴箱寿命。
通过网络通信将加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图发送至远程客户端，可以实现远程监控功能。
一种负载监控系统，包括与设备连接的电流传感器，还包括数据采集卡、工控计算机、显示器，电流传感器由电流互感器和电流表组成。数据采集卡通过电流传感器采集设备的电流数据并发送至工控计算机，工控计算机根据上述的监控方法得到加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图，并发送至显示器进行显示输出，根据加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图预测刀具寿命和主轴箱寿命并控制设备运行。
本发明通过采集设备的电流数据和计算工件数，生成加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图，若电流大于安全阈值，发送停止信号给PLC以控制设备停止并提醒用户进行相应处理；若电流达到电流预警值或工件数达到件数预警值，提醒用户设备处于相应的预警状态，根据加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图预测刀具寿命和主轴箱寿命并控制设备运行，可以提高设备自动化、智能化程度，提高设备效率，避免设备超负荷运转加速磨损，避免和减少刀具破损和主轴箱的损坏。
本发明不需对现有控制系统进行大的改造，安装负载监控系统采集电流数据即可使用。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (6)
1.一种负载监控方法，其特征在于，以设定周期采集设备的电流数据和计算工件数；所述电流数据经过预处理后得到实际电流，根据所述实际电流、工件数生成加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图，保存所述加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图；
若所述实际电流或加工数量大于相应设定的安全阈值时，发送停止信号给PLC以控制设备停止并提醒用户进行相应处理；
若所述实际电流达到电流预警值或工件数达到件数预警值，提醒用户设备处于相应的预警状态；
根据当前的加工负载-时间波形图与历史的加工负载-时间波形图进行比对并结合空载电流的变化来预测主轴箱寿命；
根据当前的加工负载-工件数波形图与历史的加工负载-工件数波形图进行比对来预测刀具寿命；
根据首件或加工若干件后的加工负载来判断刀具重磨质量。
2.根据权利要求1所述的一种负载监控方法，其特征在于，所述预处理为对所述电流数据取算术平均值。
3.根据权利要求1所述的一种负载监控方法，其特征在于，所述加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图中的电流为纯加工负载电流或总负载电流，其中，纯加工负载电流＝总负载电流-空载电流。
4.根据权利要求1所述的一种负载监控方法，其特征在于，在所述加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图设定分析窗口对电流分析以确定刀具磨损程度和主轴箱运行状态。
5.根据权利要求1所述的一种负载监控方法，其特征在于，通过网络通信将所述加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图发送至远程客户端。
6.一种负载监控系统，包括与设备连接的电流传感器，其特征在于，还包括数据采集卡、工控计算机、显示器，所述数据采集卡通过所述电流传感器采集所述设备的电流数据并发送至所述工控计算机，所述工控计算机根据权利要求1-5任一所述的监控方法得到加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图，并发送至所述显示器进行显示输出，根据所述加工负载-时间波形图、加工负载-工件数波形图预测刀具寿命和主轴箱寿命并控制所述设备运行。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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