CN202881665U - 刺绣机电控箱智能监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种刺绣机电控箱智能监控装置，包括用于实时采集电控箱内各点的温度数据并控制风扇输出的温度测量及风扇调节模块；进行电控箱内部器件的运行状态监测、电源电压波动监测以及紧急开关控制的系统状态监测模块；用于对温度测量及风扇调节模块采集的温度数据进行分析，作出改变风扇转速或停转处理，检测到系统状态异常时对报警和保护机制进行决策的智能控制模块；用于显示当前电控箱工作状况，存储系统异常信息和温度信息，在系统工作异常时发出警报信号的人机交互及数据存储模块。本实用新型可实时监测电控箱内部的状态，采用自动启动系统报警和保护机制，实现了对刺绣机电控箱的智能控制。

Description

刺绣机电控箱智能监控装置

技术领域

本实用新型涉及工业多头电脑刺绣机领域，特别是刺绣机电控箱的智能控制领域，具体是指一种刺绣机电控箱智能监控装置，主要是涉及多传感器数据融合技术在温度自动调节与系统状态监控中的应用。

背景技术

随着计算机技术以及智能控制理论的不断发展和推广，具有高自动化程度的电脑刺绣机已成为刺绣行业的主流。近年来，电脑刺绣机向高速高精度、刺绣功能多样化的方向不断发展，因此刺绣机电控系统越来越复杂，电控箱的集成度也越来越高。然而，刺绣机电控箱的监控方法却并没有随之进行改进和完善。普通的刺绣机电控箱仅仅具有风扇散热的功能，复杂一些的也只有简单的LED电压状态显示，这显然无法满足电控箱实时状态监测、故障智能诊断和报警等需求。

电脑刺绣机的电控箱内部一般包括三部分：控制板卡、功率器件、电源，每一个部分的正常工作对刺绣机来说都是至关重要的：（1）控制板卡是刺绣机电控系统的核心，它对电控箱内的温度比较敏感，板卡上电子器件的使用寿命和稳定性与这个因素关系密切。（2）电脑刺绣机的电控箱内一般都有很多大功率的功率器件，例如伺服驱动器、变频器等，这些功率器件发热量较大，如不能很好的控制电控箱内的温度，会大大影响控制系统寿命及稳定性。另外，功率器件属于强电系统，直接影响刺绣的质量和效率，如不能很好的监控其状态，出现故障时，可能会影响刺绣品的质量问题，严重时可能会造成工业事故。（3）电源是保证系统正常工作的关键，电源的任何异常，都有可能造成系统的崩溃，如电压波动、欠压、过压等。

现在市场使用的电脑刺绣机的电控箱，一般都配有散热风扇，但是风扇的控制基本上属于开环控制，不能随气候、环境等的变化自适应调节速度来控制温度，难以满足节能减噪的要求；其次，电控箱内各个元器件的发热是否异常，还没有很好的监测和报警手段；另外普通刺绣机电控箱只具有一些基本的显示功能，并且提示内容比较单一，并没有一套完整的针对电脑刺绣机控制系统的电压、电流、温度、运行状态等进行智能监控和诊断的电控系统。

实用新型内容

本实用新型为了克服上述现有技术的不足，提供一种刺绣机电控箱智能监控装置，能够实时监测电控箱内部的状态，并且根据采集的数据进行智能化状态控制，必要时启动系统报警和保护机制，从而保证整个电控箱的良好运行状态。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种刺绣机电控箱智能监控装置，其包括：

温度测量及风扇调节模块，用于实时采集电控箱内各点的温度数据并控制风扇输出；

系统状态监测模块，用于进行电控箱内部器件的运行状态监测、电源电压波动监测以及紧急开关控制；

智能控制模块，其与所述的温度测量及风扇调节模块、系统状态监测模块连接，用于对所述的温度测量及风扇调节模块采集的温度数据进行分析，相应作出改变风扇转速或停转处理；检测到所述系统状态监测模块发送的状况异常时，对报警和保护机制进行决策；

人机交互及数据存储模块，其与所述的智能控制模块连接，用于显示当前电控箱的工作状况，并在系统工作异常时发出警报信号。

上述温度测量及风扇调节模块包括由至少两个温度传感器组成的传感器阵列以及风扇，温度传感器与风扇通过总线与所述智能控制模块连接。

上述系统状态监测模块设置有继电断路器，通过所述的智能控制模块控制所述继电断路器的开关。

上述智能控制模块采用DSPIC芯片。

上述的人机交互及数据存储模块设置有与所述的智能控制模块相连的LCD、按钮、LED指示灯以及蜂鸣器。

上述人机交互及数据存储模块还设置有用于存储系统状态异常历史信息的数据存储器。

采用上述技术方案后，本实用新型与现有的背景技术相比，具有如下优点：

1）解决了目前散热风扇无法进行闭环控制的问题，温度测量及风扇调节模块会根据实际传感器测量的数据，对风扇的速度进行控制，在不同的温度状态下，对风扇进行高速、低速、停止的切换，实现对风扇转速调节的闭环控制，达到节能减噪的目的。

2）具有较为精确的温度测量体系，将多个传感器分别安装在几个主要器件附近，能够测量不同局部温度的变化，从而作出更为准确的状态监控。

3）针对现有电控箱没有对电控箱内主要功率器件进行状态监控的问题，通过系统状态监测模块可以进行系统电压监测、主轴变频器状态监测和驱动器状态等监测，智能控制模块根据内部和外部的电压波动情况、电控箱内部器件的运行状态，按照用户预设的条件，可及时对紧急情况进行断电停机保护，满足了电控箱内部的实时状态监测的需求。

4）智能控制模块的核心使用了具有代码保护功能的DSPIC芯片，系统安全性强、可靠性高、运算速度快，并且采用了基于专家系统的智能控制算法，能够智能化的对系统状态进行监控、诊断和处理，大大提高了故障诊断的准确性，由此建立起了完整的针对电脑刺绣机控制系统的电压、电流、温度、运行状态等进行智能监控和故障诊断的电控系统。

5）具有良好的人机交互界面，可利用LED指示灯、蜂鸣器、LCD等手段对用户进行报警和提示，同时提供了按键、USB接口，方便用户查询、记录、导出数据等操作，克服了现有的刺绣机电控箱只具有简单的LED电压状态显示，提示功能单一的缺点。

附图说明

图1为刺绣机电控箱的结构示意图；

图2为本实用新型刺绣机电控箱智能监控装置结构框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示的刺绣机电控箱的结构示意图，刺绣机电控箱包括箱体10以及设置在箱体10内部的刺绣控制电路板、功率器件和电源，所述功率器件包括有X轴驱动器、Y轴驱动器以及变频器，所述电源包括直流电源21和直流电源22，刺绣控制电路板和变频器固定在箱内的支架20上，所述箱体上还设置有散热百叶窗13。

图2示出了本实用新型刺绣机电控箱智能监控装置的结构框图，刺绣机电控箱智能监控装置包括温度测量及风扇调节模块、系统状态监测模块、智能控制模块以及人机交互及数据存储模块。

其中，温度测量及风扇调节模块包括4个温度传感器和2个直流24V的风扇，其分布位置具体如图1所示，风扇11与风扇12设置在所述箱体10上与散热百叶窗相对的一侧，所述温度传感器分别设置在所述箱体内的刺绣控制电路板、发热量较大的各功率器件和电源的附近形成传感器阵列，其中温度传感器1用于采集变频器处的温度，温度传感器2用于采集X轴驱动器与Y轴驱动器处的温度，温度传感器3用于采集直流电源21与直流电源22处的温度，温度传感器4用于采集刺绣控制电路板的温度。通过设置多个温度传感器组成传感器阵列，与只设置单一的温度传感器相比，能够避免单一温度传感器无法智能测量机箱平均温度，并且无法及时检测各个主要发热源温度的问题。

温度传感器采用TC72芯片，其测温范围为-55℃至+125℃，分辨率为10bit，通过I2C总线与智能控制模块连接，将实时采集的各点的温度数据传输给所述智能控制模块，所述智能控制模块也通过总线与风扇连接，根据采集的温度控制所述风扇11与风扇12的转速，实现电控箱内的温度实时调节，散热百叶窗与风扇进气口形成空气对流，更有利于电控箱体内的散热。

智能控制模块包括监控主板30（见图1），所述监控主板30采用具有代码保护功能的DSPIC芯片，进行多传感器数据融合处理，具体为采用融合算法比较各个传感器之间温度的差异和幅值大小，计算各个传感器温度随时间变化的趋势，DSPIC芯片通过控制PWM占空比控制放大驱动电路的电流来控制风扇的开关及调节转速，对于绝对温度较高，或者对于箱内温度上升较快的情况下，则增加相对应的风扇的转速；而对于绝对温度较低，或者箱内温度处于下降趋势的情况下，则降低相对应的风扇的转速甚至控制风扇停转，由此来实现电控箱内温度的实时闭环调节，并且也同时达到节能减噪的目的。

系统状态监测模块，用于对X轴伺服驱动器状态监测、Y轴伺服驱动器状态监测、变频器状态监测、电源电压波动监测以及紧急开关控制；其通过RS232通信协议获得X轴伺服驱动器和Y轴伺服驱动器状态，监测伺服驱动器是否出现例如过载保护、过压保护、欠压保护、过流保护、再生异常、指令脉冲异常、参数异常等多种类型的工作异常状况；其还通过RS485通信协议获得变频器的工作状态，监测变频器是否出现加速中的过电流、减速中的过电流、电动机过负荷跳闸、紧急停止、通信故障、变流装置异常等状况；为了防止电压出现的波动可能导致的刺绣系统不能正常工作，系统状态监测模块还以1024分辨率的AD采样获得当前直流电源输出的电压值并检测直流电源输出电压是否正确，系统状态监测模块将监测到的上述系统工作状况发送至智能控制模块。

系统状态监测模块还设置有继电断路器，当智能控制模块检测到系统状态监测模块发送过来的系统状态异常时，则智能控制模块根据专家系统的智能控制算法来判断如何处理故障，当检测到比较严重的故障时，智能控制模块会通过场效应管的导通或关闭来控制系统状态监测模块的继电断路器开或关，实现继电断路器的跳闸，保护整个监控系统的安全。

智能控制模块利用了专家系统的方法来实现智能控制，其将多个实际生产中遇到的故障实例进行规则式描述，从而建立起一个丰富的专家数据库，并且此数据库的数据可进行扩充。当接收到温度、驱动器、变频器、电压等信息后，所述的智能控制模块将会按照当前系统的状态条件和已知信息，反复匹配专家数据库中的规则，从而得到状态诊断的结果，根据诊断的结果，机箱控制系统会相应的作出改变风扇转速、用户报警提示、紧急关断机器等处理。专家系统的方法将现有的故障诊断经验转化为规则，并对实际测量的数据进行规则匹配，提高了诊断的准确度，并且利用专家系统的智能算法对报警和保护机制进行决策，另外智能控制模块还可以根据系统需要把相应的各系统状态发送给刺绣机的主控系统，方便客户导出系统状态日志。

人机交互及数据存储模块包括带有SPI通信接口和中文字库的LCD（liquid crystal display，液晶显示器）、按钮、LED指示灯、蜂鸣器以及数据存储器；每次的系统异常信息和温度信息都会存储在所述数据存储器中，用户可通过LCD界面查看历史的异常信息和温度信息；刺绣机主控系统可以通过CAN-BUS获得电控箱异常信息和温度，方便系统的维护，为以后的在线故障诊断提供依据。

LCD还会实时显示当前电控箱不同位置的温度，人机交互及数据存储模块设计有四个功能按钮可以用来选择想要查看的内容，同时提供了USB接口输出，方便用户查询、记录、导出数据等操作，两个LED指示灯和一个蜂鸣器用于报告当前电控箱的工作状况，开机后，系统工作正常时，则绿色LED指示灯亮，红色LED指示灯不亮；当系统异常，例如当温度超过警戒值时，绿色LED指示灯灭，红色LED指示灯亮，并且蜂鸣器发出报警声。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种刺绣机电控箱智能监控装置，其特征在于：包括

温度测量及风扇调节模块，用于实时采集电控箱内各点的温度数据并控制风扇输出；

系统状态监测模块，用于进行电控箱内部器件的运行状态监测、电源电压波动监测以及紧急开关控制；

智能控制模块，其与所述的温度测量及风扇调节模块、系统状态监测模块连接，用于对所述的温度测量及风扇调节模块采集的温度数据进行分析，相应作出改变风扇转速或停转处理；检测到所述系统状态监测模块发送的状况异常时，对报警和保护机制进行决策；

人机交互及数据存储模块，其与所述的智能控制模块连接，用于显示当前电控箱的工作状况，并在系统工作异常时发出警报信号。

2.根据权利要求1所述的刺绣机电控箱智能监控装置，其特征在于：所述温度测量及风扇调节模块包括由至少两个温度传感器组成的传感器阵列以及风扇，温度传感器与风扇通过总线与所述智能控制模块连接。

3.根据权利要求1或2所述的刺绣机电控箱智能监控装置，其特征在于：所述系统状态监测模块设置有继电断路器，通过所述的智能控制模块控制所述继电断路器的开关。

4.根据权利要求1所述的刺绣机电控箱智能监控装置，其特征在于：所述智能控制模块采用DSPIC芯片。

5.根据权利要求1或2所述的刺绣机电控箱智能监控装置，其特征在于：所述的人机交互及数据存储模块设置有与所述的智能控制模块相连的LCD、按钮、LED指示灯以及蜂鸣器。

6.根据权利要求5所述的刺绣机电控箱智能监控装置，其特征在于：所述人机交互及数据存储模块还设置有用于存储系统状态异常历史信息的数据存储器。

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