CN112394680B - 一种热模锻压机运行状态的在线监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热模锻压机运行状态的在线监测系统及方法，本系统包括监测数据采集模块、监测数据显示模块、监测数据报警模块，监测数据采集模块采集电机温度、振动、转速以及滑块运动、平衡器气压、开关量输入的数据，经由监测数据显示模块处理将热模锻压机的运行状况以可视化的方式展示给用户，监测数据报警模块用于将采集的数据计算处理后与设定阈值比较，将比较结果信息以及对应的解决方案展示给用户，本发明具有锻压机运行状态在线监测、运行状态可视化、及时报警并提供解决方案以此达到方便用户使用的效果。

Description

一种热模锻压机运行状态的在线监测系统及方法

技术领域

本发明涉及锻压机监测技术领域，具体为一种热模锻压机运行状态的在线监测系统及方法。

背景技术

热模锻压机主要应用于生产形状复杂的模锻器件，其传统的监测方式主要是对其开关量的数据进行监测，无法对整个热模锻压机运行状态进行监测，存在监测效果差、范围小的缺点。

传统热模锻压机监测方式同时也无法对监测相关数据进行详细自动反馈，造成热模锻压机使用时会出现使用不方便、容易使用不规范的问题，如果出现故障，不便于使用人员或者维修人员及时解决问题，从而造成很大的经济损失，因此有待开发一个监测效果好、范围广、使用方便、便于解决问题的在线监测系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热模锻压机运行状态的在线监测系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种热模锻压机运行状态的在线监测系统，包括监测数据采集模块、监测数据显示模块、监测数据报警模块，所述监测数据采集模块用于采集热模锻压机运行时的运行状态数据，所述监测数据显示模块用于将监测数据采集模块采集的运行状态数据展示给用户，所述监测数据报警模块用于计算处理运行状态数据并将处理结果展示给用户。

进一步的，所述监测数据采集模块包括电机温度数据采集单元、电机振动数据采集单元、电机转速数据采集单元、滑块运动数据采集单元、平衡器气压数据采集单元、开关量输入数据采集单元，所述电机温度数据采集单元用于获得电机的温度数据以及温度变化相对应的时间数据，所述电机振动数据采集单元用于获得电机振动的幅度、频率数据以及幅度、频率变化相对应的时间数据，所述电机转速数据采集单元用于获得电机转动的角速度数据以及角速度变化相对应的时间数据，所述滑块运动数据采集单元用于获得滑块运动的距离数据以及距离变化相对应的时间数据，所述平衡器气压数据采集单元用于获得平衡器的气压数据以及气压变化相对应的时间数据，所述开关量输入数据采集单元用于采集热模锻压机运行中接入系统的开关量数据，从多方面进行监测，以便更好的监测热模锻压机运行状态。

进一步的，所述监测数据显示模块包括电机温度数据显示单元、电机振动数据显示单元、电机转速数据显示单元、滑块运动数据显示单元、平衡器气压数据显示单元、开关量输入数据显示单元，所述电机温度数据显示单元用于处理获得的电机温度数据以及温度变化相对应的时间数据并生成、显示电机温度-时间函数图，所述电机振动数据显示单元用于处理获得的电机振动幅度、频率数据以及幅度、频率变化相对应的时间数据并生成、显示电机振动幅度-时间函数图，所述电机转速数据展示单元用于处理获得的电机转动角速度以及角速度变化相对应的时间数据并生成、显示电机转动角速度-时间函数图，所述滑块运动数据显示单元用于处理获得的滑块运动距离数据以及距离变化相对应的时间数据并生成、显示滑块运动速度-时间函数图，所述平衡器气压数据显示单元用于处理获得的平衡器气压数据以及气压变化相对应的时间数据并生成、显示平衡器气压-时间函数图，所述开关量输入数据显示单元用于处理获得的开关量数据并生成、显示开关量状态示意图，生成详细的可视化图像有利于使用人员监测。

进一步的，所述报警模块包括模拟量输入数据报警单元、解决方案显示单元，所述模拟量输入数据报警单元用于比较获得的模拟量输入数值和最大设定阈值、最小设定阈值并根据比较结果进行判断，判断大于最大设定阈值或者小于最小设定阈值时对相对应的模拟量数据进行报警，判断不成立时则无响应，所述模拟量输入数值由模拟量输入数据处理获得，所述模拟量输入数据包括电机温度数据、电机振动幅度数据、电机振动频率数据、电机转动角速度数据、滑块运动距离数据、平衡器气压数据、时间数据，所述模拟量数值包括电机温度、电机振动幅度、电机振动频率、电机转动角速度、滑块运动速度、滑块打击力、单位时间打击次数、平衡器气压，所述最大设定阈值和最小设定阈值由热模锻压机的硬件属性获得，所述解决方案显示单元用于结合模拟量输入数据报警单元和解决方案表将解决方案展示给用户，所述解决方案表的内容为条件文本信息和其所对应的解决方案文本信息，及时发出警报和提供解决方案便于使用人员或者维修人员解决热模锻压机故障。

一种热模锻压机运行状态的在线监测方法，所述方法包括以下步骤：

S1：温度传感器获得电机温度数据，振动传感器获得电机振动的幅度以及频率数据，转速传感器获得电机角速度数据，高精度测距仪获得滑块运动距离数据，气压传感器获得平衡器气压数据，温度数据、幅度数据、频率数据、角速度数据、距离数据以及气压数据统称为模拟量输入数据，转步骤S2；

S2：PLC通过DI串口获得开关量输入数据、通过AI串口获得传感器采集的模拟量输入数据，PLC将获得的开关量输入数据以及模拟量输入数据储存至PLC储存器，转步骤S3；

S3：PLC内部处理芯片将模拟量输入数据以及开关量输入数据转化成工控机可以识别的数据，经由RS232串口将内部芯片处理过的模拟量输入数据、开关量输入数据传输至工控机，转步骤S4；

S4：工控机将模拟量输入数据转化为电机温度-时间函数图、电机振动幅度-时间函数图、电机转动角速度-时间函数图、滑块运动速度-时间函数图、平衡器气压-时间函数图，经由滑块运动速度与时间的关系计算获得滑块打击力数值以及单位时间打击次数数值，工控机将开关量数据写入开关量所对应的示意图形获得开关量状态示意图，转步骤S5；

S5：工控机将电机温度-时间函数图、电机振动幅度-时间函数图、电机转动角速度-时间函数图、滑块运动速度-时间函数图、平衡器气压-时间函数图、开关量状态示意图以及滑块打击力数值、单位时间打击次数数值显示在显示器上，转步骤S6；

S6：人工根据热模锻压机的硬件属性设置不同监测属性的最大设定阈值、最小设定阈值，工控机将获得的电机温度、电机振动幅度、电机振动频率、电机转动角速度、平衡器气压、滑块打击力、单位时间打击次数与其所对应的最大设定阈值、最小设定阈值比较，大于最大阈值或者小于最小阈值时发出警报文本信息，提醒用户设备存在问题需要采取相应的措施，转步骤S7；

S7：工控器结合预先设定好的解决方案表为用户提供发生警报时可以采取的措施以及维修建议，将解决方案文本信息发送并显示在显示器上。

进一步的，所述步骤S4中的电机温度-时间函数图、电机振动幅度-时间函数图、电机转动角速度-时间函数图、滑块运动速度-时间函数图、平衡器气压-时间函数图以及开关量状态示意图由工控器转化成历史数据并储存，使得用户可以调取历史记录查询过往信息了解过往运行状况。

进一步的，所述步骤S6包括以下步骤：

S61：根据热模锻压机硬件属性分别确认电机温度最大设定阈值、电机振动幅度最大设定阈值、电机振动频率最大设定阈值、电机转动角速度最大设定阈值、平衡器气压最大设定阈值以及最小设定阈值、滑块打击力最大设定阈值、单位时间打击次数最大设定阈值，转步骤S62；

S62：当热模锻压机硬件属性发生发生改变时，可以修改相应的最大设定阈值或者最小设定阈值，转步骤S63；

S63：工控机调取当前的数值数据，将当前电机温度数值、电机振动幅度数值、电机振动频率数值、电机转动角速度数值、平衡器气压数值、滑块打击力数值、单位时间打击次数数值分别于其对应的最大设定阈值或者最小设定阈值比较，转步骤S64；

S64：工控机根据比较结果输出报警信号，当电机温度数值大于对应的最大设定阈值时输出文本信息“电机温度过高”，当电机振动幅度数值大于对应的最大设定阈值时输出文本信息“电机振动幅度过大”，当电机振动频率数值大于对应的最大设定阈值时输出文本信息“电机振动频率过高”，当电机转动角速度数值大于对应的最大设定阈值时输出文本信息“电机转速超出限制”，当平衡器气压数值大于对应的最大设定阈值时输出文本信息“平衡器气压过高”，当平衡器气压数值小于对应的最大设定阈值时输出文本信息“平衡器气压过低”，当滑块打击力数值大于最大设定阈值时输出文本信息“滑块打击力超出限制”，当单位时间打击次数数值大于最大设定阈值时输出文本信息“单位时间打击次数超出限制”。

进一步的，所述步骤S7中的解决方案表的条件文本信息包括工控机输出的警报文本信息、工控器调取当前数值数据与设定值大小的比较结果文本信息、当前数值数据经过计算处理获得的数值与设定值大小的比较结果文本信息，所述设定值由条件文本信息与其所对应的解决方案文本信息的关系决定。

进一步的，所述步骤S6中工控器获得当前电机温度T,获得当前电机振动幅度A,获得电机振动频率F，获得电机转动角速度ω，获得滑块运动速度V，获得平衡器气压P，

根据公式1：

S＝[F*A*a+ω*b]*△t+S₀*△t

其中S表示计算热量价值度，a表示电机振动幅度、频率热量价值度转换系数，b表示电机角速度热量价值度转换系数，S₀表示单位时间电机正常摩擦热量价值度,△t表示做功时间；

根据公式2：

S_d＝T*c*△t

其中S_d表示实际热量价值度，c表示电机温度热量价值度转换系数,△t表示做功时间；根据公式3：

△S＝[S_d-S]/△t

其中△S表示单位时间实际热量价值度与单位时间计算热量价值度的差值，此差值称为故障因素热量差值价值度,△t表示做功时间；

根据公式4：

W_f＝ω*m_f*d*e*△t

其中W_f表示飞轮做功价值度，m_f表示飞轮做功部分的质量，d表示转动角速度、飞轮做功部分的质量做功价值度转换系数,e表示电机转动做功转化为飞轮做功的传递效率系数,△t表示做功时间；

根据公式5：

Wz＝v*f*△t+(P_a+P_b)*v*s*g*△t/2

其中Wz表示飞轮、滑块、平衡器正常运行的做功价值度，f表示滑块做功价值度转换系数，P_a和P_b为△t时间内的最大气压值和最小气压值,s表示平衡器气压室横截面积，g表示单位体积气压做功价值度转换系数，△t表示做功时间；

根据公式6：

△W＝[W_f-W_z]/△t

其中△W表示单位时间飞轮做功价值度与单位时间飞轮、滑块、平衡器正常运行的做功价值度的差值，此差值称为故障因素做功差值价值度,△t表示做功时间。

以上计算获得的故障因素热量差值以及故障因素做功差值可以代入条件文本信息，为解决方案表提供当前数值数据经过计算处理获得的数值，其数值大小与故障原因存在一定的关系。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明可以从电机温度、电机转速、电机振动、滑块运动以及平衡器气压方面进行监测，显示器中的信息更为人性化和可视化,从而使得使用人员更好的了解热模锻压机运行状态，提供报警功能和其对应的解决方案，为使用人员或者维修人员提供有用的参考信息。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的模块、单元结构示意图；

图2是本发明的硬件通讯结构示意图；

图3是本发明的传感器安装位置示意图；

图4是本发明的电机温度-时间函数示意图；

图5是本发明的电机转动角速度-时间函数示意图；

图6是本发明的电机振动幅度-时间函数示意图；

图7是本发明的滑块运动速度-时间函数示意图；

图8是本发明的平衡器气压-时间函数示意图；

图9是本发明的显示器界面示意图；

图中：1、温度传感器；2、振动传感器；3、转速传感器；4、气压传感器；5、高精度测距仪；6、飞轮；7、传送带；8、锻压机主体；9、电机；10、平衡器；11、活塞杆；12、滑块；13、上模具安装座；14、下模具安装座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-9，本发明提供技术方案：

一种热模锻压机运行状态的在线监测系统，包括监测数据采集模块、监测数据显示模块、监测数据报警模块，所述监测数据采集模块用于采集热模锻压机运行时的运行状态数据，所述监测数据显示模块用于将监测数据采集模块采集的运行状态数据展示给用户，所述监测数据报警模块用于计算处理运行状态数据并将处理结果展示给用户。

所述监测数据采集模块包括电机温度数据采集单元、电机振动数据采集单元、电机转速数据采集单元、滑块运动数据采集单元、平衡器气压数据采集单元、开关量输入数据采集单元，所述电机温度数据采集单元用于获得电机的温度数据以及温度变化相对应的时间数据，所述电机振动数据采集单元用于获得电机振动的幅度、频率数据以及幅度、频率变化相对应的时间数据，所述电机转速数据采集单元用于获得电机转动的角速度数据以及角速度变化相对应的时间数据，所述滑块运动数据采集单元用于获得滑块运动的距离数据以及距离变化相对应的时间数据，所述平衡器气压数据采集单元用于获得平衡器的气压数据以及气压变化相对应的时间数据，所述开关量输入数据采集单元用于采集热模锻压机运行中接入系统的开关量数据。

所述监测数据显示模块包括电机温度数据显示单元、电机振动数据显示单元、电机转速数据显示单元、滑块运动数据显示单元、平衡器气压数据显示单元、开关量输入数据显示单元，所述电机温度数据显示单元用于处理获得的电机温度数据以及温度变化相对应的时间数据并生成、显示电机温度-时间函数图，所述电机振动数据显示单元用于处理获得的电机振动幅度、频率数据以及幅度、频率变化相对应的时间数据并生成、显示电机振动幅度-时间函数图，所述电机转速数据展示单元用于处理获得的电机转动角速度以及角速度变化相对应的时间数据并生成、显示电机转动角速度-时间函数图，所述滑块运动数据显示单元用于处理获得的滑块运动距离数据以及距离变化相对应的时间数据并生成、显示滑块运动速度-时间函数图，所述平衡器气压数据显示单元用于处理获得的平衡器气压数据以及气压变化相对应的时间数据并生成、显示平衡器气压-时间函数图，所述开关量输入数据显示单元用于处理获得的开关量数据并生成、显示开关量状态示意图。

所述报警模块包括模拟量输入数据报警单元、解决方案显示单元，所述模拟量输入数据报警单元用于比较获得的模拟量输入数值和最大设定阈值、最小设定阈值并根据比较结果进行判断，判断大于最大设定阈值或者小于最小设定阈值时对相对应的模拟量数据进行报警，判断不成立时则无响应，所述模拟量输入数值由模拟量输入数据处理获得，所述模拟量输入数据包括电机温度数据、电机振动幅度数据、电机振动频率数据、电机转动角速度数据、滑块运动距离数据、平衡器气压数据、时间数据，所述模拟量数值包括电机温度、电机振动幅度、电机振动频率、电机转动角速度、滑块运动速度、滑块打击力、单位时间打击次数、平衡器气压，所述最大设定阈值和最小设定阈值由热模锻压机的硬件属性获得，所述解决方案显示单元用于结合模拟量输入数据报警单元和解决方案表将解决方案展示给用户，所述解决方案表的内容为条件文本信息和其所对应的解决方案文本信息。

如图1所示为本发明的模块、单元结构示意图。

一种热模锻压机运行状态的在线监测方法，所述方法包括以下步骤：

S1：温度传感器获得电机温度数据，振动传感器获得电机振动的幅度以及频率数据，转速传感器获得电机角速度数据，高精度测距仪获得滑块运动距离数据，气压传感器获得平衡器气压数据，温度数据、幅度数据、频率数据、角速度数据、距离数据以及气压数据统称为模拟量输入数据，转步骤S2；

如图3所示为本发明的传感器安装位置示意图，电机温度传感器以及电机振动传感器安装于电机表面，电机转速传感器安装于电机转动轴承处，平衡器气压传感器安装于平衡器顶端，高精度测距仪安装与滑块正下方并且位于下模具安装座一侧以获得滑块底端与测距仪的距离数据。

S2：PLC通过DI串口获得开关量输入数据、通过AI串口获得传感器采集的模拟量输入数据，PLC将获得的开关量输入数据以及模拟量输入数据储存至PLC储存器，转步骤S3；

S3：PLC内部处理芯片将模拟量输入数据以及开关量输入数据转化成工控机可以识别的数据，经由RS232串口将内部芯片处理过的模拟量输入数据、开关量输入数据传输至工控机，转步骤S4；

如图2所示为本发明的硬件通讯结构示意图，其中传感器与PLC通讯连接，开关量数据接口与PLC通讯连接，PLC与工控器通讯连接，工控器与显示器通讯连接，开关量数据接口对应的开关量包括控制电源的启停、强力电机的启停、导轨润滑的启停、手自动方式的切换、顶料方式的切换、紧急停止按钮的工作状态、故障指示的状态、强力润滑的启停等等。

S4：工控机将模拟量输入数据转化为电机温度-时间函数图、电机振动幅度-时间函数图、电机转动角速度-时间函数图、滑块运动速度-时间函数图、平衡器气压-时间函数图，经由滑块运动速度与时间的关系计算获得滑块打击力数值以及单位时间打击次数数值，工控机将开关量数据写入开关量所对应的示意图形获得开关量状态示意图，转步骤S5；

如图4、图5、图6、图7、图8所示，分别为电机温度-时间函数图、电机转动角速度-时间函数图、电机振动幅度-时间函数图、滑块运动速度-时间函数图、平衡器气压-时间函数图，设定单位时间打击次数中的单位时间为一分钟，则工控机可以通过滑块运动速度-时间函数图获得单位时间内滑块速度降为零的次数，此次数的数值除以二后取整即为单位时间打击次数，滑块打击力则由工控机根据滑块运动速度-时间函数图以及滑块重量计算获得，其中电机温度-时间函数图、电机振动幅度-时间函数图用于详细了解电机的运行状态，电机角速度-时间函数图、滑块运动速度函数图用于详细了解电机转轴至滑块装置的运行状况，平衡器气压--时间函数图用于详细了解平衡器的运行状况，以上函数图的统筹计算处理使得本发明相较于传统监测方式监测范围更为宽泛和全面。

S5：工控机将电机温度-时间函数图、电机振动幅度-时间函数图、电机转动角速度-时间函数图、滑块运动速度-时间函数图、平衡器气压-时间函数图、开关量状态示意图以及滑块打击力数值、单位时间打击次数数值显示在显示器上，转步骤S6；

S6：人工根据热模锻压机的硬件属性设置不同监测属性的最大设定阈值、最小设定阈值，工控机将获得的电机温度、电机振动幅度、电机振动频率、电机转动角速度、平衡器气压、滑块打击力、单位时间打击次数与其所对应的最大设定阈值、最小设定阈值比较，大于最大阈值或者小于最小阈值时发出警报文本信息，提醒用户设备存在问题需要采取相应的措施，转步骤S7；

S7：工控器结合预先设定好的解决方案表为用户提供发生警报时可以采取的措施以及维修建议，将解决方案文本信息发送并显示在显示器上。

如图9所示为显示器界面示意图，由模拟量输入-时间函数图、开关量状态示意图、警报信息、解决方案文本信息、滑块打击力数值信息、单位时间打击次数数值信息组成,显示器界面具有界面简洁明了、监测数据详细且数据可视化的优点，便于使用人员直观的观察热模锻压机的运行状态，其中解决方案文本信息由解决方案表输出，而解决方案表的条件文本信息包含电机运行状况信息、电机转轴至滑块装置的运行状况信息、平衡器的运行状况信息，以上信息可以从正面或者侧面反映热模锻压机的运行状况，使得本发明相较于传统监测方式在监测效果上更为优越。

所述步骤S6包括以下步骤：

S61：根据热模锻压机硬件属性分别确认电机温度最大设定阈值、电机振动幅度最大设定阈值、电机振动频率最大设定阈值、电机转动角速度最大设定阈值、平衡器气压最大设定阈值以及最小设定阈值、滑块打击力最大设定阈值、单位时间打击次数最大设定阈值，转步骤S62；

S62：当热模锻压机硬件属性发生发生改变时，可以修改相应的最大设定阈值或者最小设定阈值，转步骤S63；

S63：工控机调取当前的数值数据，将当前电机温度数值、电机振动幅度数值、电机振动频率数值、电机转动角速度数值、平衡器气压数值、滑块打击力数值、单位时间打击次数数值分别于其对应的最大设定阈值或者最小设定阈值比较，转步骤S64；

S64：工控机根据比较结果输出报警信号，当电机温度数值大于对应的最大设定阈值时输出文本信息“电机温度过高”，当电机振动幅度数值大于对应的最大设定阈值时输出文本信息“电机振动幅度过大”，当电机振动频率数值大于对应的最大设定阈值时输出文本信息“电机振动频率过高”，当电机转动角速度数值大于对应的最大设定阈值时输出文本信息“电机转速超出限制”，当平衡器气压数值大于对应的最大设定阈值时输出文本信息“平衡器气压过高”，当平衡器气压数值小于对应的最大设定阈值时输出文本信息“平衡器气压过低”，当滑块打击力数值大于最大设定阈值时输出文本信息“滑块打击力超出限制”，当单位时间打击次数数值大于最大设定阈值时输出文本信息“单位时间打击次数超出限制”。

所述步骤S7中的解决方案表的条件文本信息包括工控机输出的警报文本信息、工控器调取当前数值数据与设定值大小的比较结果文本信息、当前数值数据经过计算处理获得的数值与设定值大小的比较结果文本信息，所述设定值由条件文本信息与其所对应的解决方案文本信息的关系决定。

所述步骤S6中工控器获得当前电机温度T,获得当前电机振动幅度A,获得电机振动频率F，获得电机转动角速度ω，获得滑块运动速度V，获得平衡器气压P，

根据公式1：

S＝[F*A*a+ω*b]*△t+S₀*△t

其中S表示计算热量价值度，a表示电机振动幅度、频率热量价值度转换系数，b表示电机角速度热量价值度转换系数，S₀表示单位时间电机正常摩擦热量价值度,△t表示做功时间，此公式确定的是电机无故障的情况下电机计算总热量与电机振动频率、电机振动幅度、电机转动角速度以及电机正常摩擦产生的热量的关系，由于电机功率可以决定电机转速，所有电机转动角速度经过比例换算可以代表其产生热量价值度；

根据公式2：

S_d＝T*c*△t

其中S_d表示实际热量价值度，c表示电机温度热量价值度转换系数,△t表示做功时间，此公式表示的是电机的温度与其时间产生热量价值度的关系；

根据公式3：

△S＝[S_d-S]/△t

其中△S表示单位时间实际热量价值度与单位时间计算热量价值度的差值，此差值称为故障因素热量差值价值度,△t表示做功时间，工控机可以将此差值代入解决方案表的条件文本信息中，其类型为当前数值数据经过计算处理获得的数值与设定值大小的比较结果文本信息；

根据公式4：

W_f＝ω*m_f*d*e*△t

其中Wf表示飞轮做功价值度，m_f表示飞轮做功部分的质量，d表示转动角速度、飞轮做功部分的质量做功价值度转换系数,e表示电机转动做功转化为飞轮做功的传递效率系数,△t表示做功时间；

根据公式5：

W_z＝v*f*△t+(P_a+P_b)*v*s*g*△t/2

其中W_z表示飞轮、滑块、平衡器正常运行的做功价值度，f表示滑块做功价值度转换系数，P_a和P_b为△t时间内的最大气压值和最小气压值,s表示平衡器气压室横截面积，g表示单位体积气压做功价值度转换系数，△t表示做功时间；

根据公式6：

△W＝[W_f-W_z]/△t

其中△W表示单位时间飞轮做功价值度与单位时间飞轮、滑块、平衡器正常运行的做功价值度的差值，此差值称为故障因素做功差值价值度,△t表示做功时间。

以上公式用于获得故障因素热量差值价值度以及故障因素做功差值价值度，此二者表示热模锻压机发生故障时故障因素造成的热量差异以及做功差异的大小，工控机可以结合其大小判断造成此故障的原因。

解决方案表的内容为条件文本信息和其所对应的解决方案文本信息，其举例内容如下：

条件文本信息：“电机温度过高，当前振动幅度大于40um”,解决方案文本信息：“上模具超载”；

条件文本信息：“电机振动幅度过大，电机转速的波动数值大于5”,解决方案文本信息：“检查固定电机螺丝是否松动”；

条件文本信息：“电机转速超出限制，滑块最大运动速度大于700mm/s”,解决方案文本信息：“检查电机传送带是否松动”；

条件文本信息：“滑块打击力超出限制，平衡器气压过低”,解决方案文本信息：“检查平衡器气室是否损坏”；

条件文本信息：“平衡器气压过高，滑块最大运动速度大于700mm/s”,解决方案文本信息：“检查电机转子是否异常”；

条件文本信息：“电机温度过高故障因素热量差值价值度大于50”,解决方案文本信息：“检查电机转动轴承是否有异物”；

条件文本信息：“平衡器气压过高，故障因素做功差值价值度大于1000”,解决方案文本信息：“检查飞轮固定螺丝是否紧固”；

其中波动数值为当前数值数据经过计算处理获得的数值，振动幅度、滑块最大运动速度为当前数值数据，40um、5、700mm/s、50、1000为设定值。

工控机结合采集到的数据以及解决方案表可以在设备发生故障时为使用人员或者维修人员提供最优的问题解决办法，采集的数据包括电机温度、电机转速、电机振动幅度、电机振动频率、滑块运动速度、平衡器气压，其中电机温度、振动幅度、振动频率用于了解电机的运行情况，电机转速、滑块运动速度用于了解自电机转轴至滑块装置的运行状况，平衡器气压用于了解平衡器的运行状态，这些数据的统计包含了解整个系统的运行状态，并且结合这些数据的内在关系更容易找到运行故障的根本原因，本系统相较于传统监测方式具备多方面数据统筹、故障排查准确迅速、监测范围广、监测效果好的优点，使得热模锻压机在出现运行问题后可以快速解决问题，在经济方面避免更大的损失，在时间方面可以节约大量维修时间。

本发明的工作原理：

PLC通过传感器和开关量数据接口获得热模锻压机运行的运行状态数据并将其储存至PLC内存储存器，PLC内部处理芯片将储存器中的数据转化成工控机可以识别的数据，工控机以此将热模锻压机的运行状态以可视化的方式显示在显示屏上，工控机根据最大设定阈值和最小设定阈值判断是否发出警报，根据解决方案表将可行的解决方案信息发送至显示器，从而完成热模锻压机在线监测功能，使得用户更好的了解热模锻压机的运行状态。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种热模锻压机运行状态的在线监测系统，包括监测数据采集模块、监测数据显示模块、监测数据报警模块，其特征在于：所述监测数据采集模块用于采集热模锻压机运行时的运行状态数据，所述监测数据显示模块用于将监测数据采集模块采集的运行状态数据展示给用户，所述监测数据报警模块用于计算处理运行状态数据并将处理结果展示给用户；

所述监测数据采集模块包括电机温度数据采集单元、电机振动数据采集单元、电机转速数据采集单元、滑块运动数据采集单元、平衡器气压数据采集单元、开关量输入数据采集单元，所述电机温度数据采集单元用于获得电机的温度数据以及温度变化相对应的时间数据，所述电机振动数据采集单元用于获得电机振动的幅度、频率数据以及幅度、频率变化相对应的时间数据，所述电机转速数据采集单元用于获得电机转动的角速度数据以及角速度变化相对应的时间数据，所述滑块运动数据采集单元用于获得滑块运动的距离数据以及距离变化相对应的时间数据，所述平衡器气压数据采集单元用于获得平衡器的气压数据以及气压变化相对应的时间数据，所述开关量输入数据采集单元用于采集热模锻压机运行中接入系统的开关量输入数据；

所述监测数据显示模块包括电机温度数据显示单元、电机振动数据显示单元、电机转速数据显示单元、滑块运动数据显示单元、平衡器气压数据显示单元、开关量输入数据显示单元，所述电机温度数据显示单元用于处理获得的电机温度数据以及温度变化相对应的时间数据并生成、显示电机温度-时间函数图，所述电机振动数据显示单元用于处理获得的电机振动幅度、频率数据以及幅度、频率变化相对应的时间数据并生成、显示电机振动幅度-时间函数图，所述电机转速数据显示单元用于处理获得的电机转动角速度以及角速度变化相对应的时间数据并生成、显示电机转动角速度-时间函数图，所述滑块运动数据显示单元用于处理获得的滑块运动距离数据以及距离变化相对应的时间数据并生成、显示滑块运动速度-时间函数图，所述平衡器气压数据显示单元用于处理获得的平衡器气压数据以及气压变化相对应的时间数据并生成、显示平衡器气压-时间函数图，所述开关量输入数据显示单元用于处理获得的开关量输入数据并生成、显示开关量状态示意图；

所述报警模块包括模拟量输入数据报警单元、解决方案显示单元，所述模拟量输入数据报警单元用于比较获得的模拟量输入数值和最大设定阈值、最小设定阈值并根据比较结果进行判断，判断大于最大设定阈值或者小于最小设定阈值时对相对应的模拟量输入数据进行报警，判断不成立时则无响应，所述模拟量输入数值由模拟量输入数据处理获得，所述模拟量输入数据包括电机温度数据、电机振动幅度数据、电机振动频率数据、电机转动角速度数据、滑块运动距离数据、平衡器气压数据、时间数据，所述模拟量输入数值包括电机温度、电机振动幅度、电机振动频率、电机转动角速度、滑块运动速度、滑块打击力、单位时间打击次数、平衡器气压，所述最大设定阈值和最小设定阈值由热模锻压机的硬件属性获得，所述解决方案显示单元用于结合模拟量输入数据报警单元和解决方案表将解决方案展示给用户，所述解决方案表的内容为条件文本信息和其所对应的解决方案文本信息。

2.一种热模锻压机运行状态的在线监测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

S1：温度传感器获得电机温度数据，振动传感器获得电机振动的幅度以及频率数据，转速传感器获得电机角速度数据，高精度测距仪获得滑块运动距离数据，气压传感器获得平衡器气压数据，以上温度数据、幅度数据、频率数据、角速度数据、距离数据以及气压数据统称为模拟量输入数据，转步骤S2；

S2：PLC通过DI串口获得开关量输入数据、通过AI串口获得传感器采集的模拟量输入数据，PLC将获得的开关量输入数据以及模拟量输入数据储存至PLC储存器，转步骤S3；

S3：PLC内部处理芯片将模拟量输入数据以及开关量输入数据转化成工控机可以识别的数据，经由RS232串口将内部芯片处理过的模拟量输入数据、开关量输入数据传输至工控机，转步骤S4；

S4：工控机将模拟量输入数据转化为电机温度-时间函数图、电机振动幅度-时间函数图、电机转动角速度-时间函数图、滑块运动速度-时间函数图、平衡器气压-时间函数图，经由滑块运动速度与时间的关系计算获得滑块打击力数值以及单位时间打击次数数值，工控机将开关量输入数据写入开关量所对应的示意图形获得开关量状态示意图，转步骤S5；

S5：工控机将电机温度-时间函数图、电机振动幅度-时间函数图、电机转动角速度-时间函数图、滑块运动速度-时间函数图、平衡器气压-时间函数图、开关量状态示意图以及滑块打击力数值、单位时间打击次数数值显示在显示器上，转步骤S6；

S6：人工根据热模锻压机的硬件属性设置不同监测属性的最大设定阈值、最小设定阈值，工控机将获得的电机温度、电机振动幅度、电机振动频率、电机转动角速度、平衡器气压、滑块打击力、单位时间打击次数与其所对应的最大设定阈值、最小设定阈值比较，大于最大阈值或者小于最小阈值时输出警报文本信息，提醒用户设备存在问题需要采取相应的措施，转步骤S7；

S7：工控机结合预先设定好的解决方案表为用户提供发生警报时可以采取的措施以及维修建议，将解决方案文本信息发送并显示在显示器上。

3.根据权利要求2所述的一种热模锻压机运行状态的在线监测方法，其特征在于：所述步骤S4中的电机温度-时间函数图、电机振动幅度-时间函数图、电机转动角速度-时间函数图、滑块运动速度-时间函数图、平衡器气压-时间函数图以及开关量状态示意图由工控机转化成数值数据并储存。

4.根据权利要求2或3所述的一种热模锻压机运行状态的在线监测方法，其特征在于：所述步骤S6包括以下步骤：

S61：根据热模锻压机硬件属性分别确认电机温度最大设定阈值、电机振动幅度最大设定阈值、电机振动频率最大设定阈值、电机转动角速度最大设定阈值、平衡器气压最大设定阈值以及最小设定阈值、滑块打击力最大设定阈值、单位时间打击次数最大设定阈值，转步骤S62；

S62：当热模锻压机硬件属性发生改变时，可以修改相应的最大设定阈值或者最小设定阈值，转步骤S63；

S63：工控机调取当前的数值数据，将当前电机温度数值、电机振动幅度数值、电机振动频率数值、电机转动角速度数值、平衡器气压数值、滑块打击力数值、单位时间打击次数数值分别与其对应的最大设定阈值或者最小设定阈值比较，转步骤S64；

S64：工控机根据比较结果输出报警信号，当电机温度数值大于对应的最大设定阈值时输出文本信息“电机温度过高”，当电机振动幅度数值大于对应的最大设定阈值时输出文本信息“电机振动幅度过大”，当电机振动频率数值大于对应的最大设定阈值时输出文本信息“电机振动频率过高”，当电机转动角速度数值大于对应的最大设定阈值时输出文本信息“电机转速超出限制”，当平衡器气压数值大于对应的最大设定阈值时输出文本信息“平衡器气压过高”，当平衡器气压数值小于对应的最小设定阈值时输出文本信息“平衡器气压过低”，当滑块打击力数值大于最大设定阈值时输出文本信息“滑块打击力超出限制”，当单位时间打击次数数值大于最大设定阈值时输出文本信息“单位时间打击次数超出限制”。

5.根据权利要求2所述的一种热模锻压机运行状态的在线监测方法，其特征在于：所述步骤S7中的解决方案表的条件文本信息包括工控机输出的警报文本信息、工控机调取当前数值数据与设定值大小的比较结果文本信息、当前数值数据经过计算处理获得的数值与设定值大小的比较结果文本信息，所述设定值由条件文本信息与其所对应的解决方案文本信息的关系决定。

6.根据权利要求2所述的一种热模锻压机运行状态的在线监测方法，其特征在于：所述步骤S6中工控机获得当前电机温度T,获得当前电机振动幅度A,获得电机振动频率F，获得电机转动角速度ω，获得滑块运动速度V，获得平衡器气压P，

根据公式1：

S＝[F*A*a+ω*b]*△t+S 0*△t

其中S表示计算热量价值度，a表示电机振动幅度、频率热量价值度转换系数，b表示电机角速度热量价值度转换系数，S 0表示单位时间电机正常摩擦热量价值度,△t表示做功时间；

根据公式2：

S d＝T*c*△t

其中S d表示实际热量价值度，c表示电机温度热量价值度转换系数,△t表示做功时间；

根据公式3：

△S＝[S d-S]/△t

其中△S表示单位时间实际热量价值度与单位时间计算热量价值度的差值，此差值称为故障因素热量差值价值度,△t表示做功时间；

根据公式4：

W f＝ω*m f*d*e*△t

其中W f表示飞轮做功价值度，m f表示飞轮做功部分的质量，d表示转动角速度、飞轮做功部分的质量做功价值度转换系数,e表示电机转动做功转化为飞轮做功的传递效率系数,△t表示做功时间；

根据公式5：

W z＝v*f*△t+(P a+P b)*v*s*g*△t/2

其中W z表示飞轮、滑块、平衡器正常运行的做功价值度，f表示滑块做功价值度转换系数，P a和Pb 为△t时间内的最大气压值和最小气压值,s表示平衡器气压室横截面积，g表示单位体积气压做功价值度转换系数，△t表示做功时间；

根据公式6：

△W＝[W f-W z]/△t

其中△W表示单位时间飞轮做功价值度与单位时间飞轮、滑块、平衡器正常运行的做功价值度的差值，此差值称为故障因素做功差值价值度,△t表示做功时间。

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