CN211029246U - 一种应用于机床状态监测的边缘计算设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于机床状态监测的边缘计算设备，集信号采集、数据处理、数据存储、数据传输于一身，具有运算能力强、功耗低的优点，硬件上采用模块化设计，可以根据监测机床的需求进行扩展，大大降低了机床监测设备的部署成本。该设备优化了机床监测系统，解决了目前机床监测系统中易出现网络阻塞、高延时，导致无法对故障信息进行及时报警的问题，有助于机床的维修维护，提高机床生产效率。

Description

一种应用于机床状态监测的边缘计算设备

技术领域

本实用新型涉及机床检测技术，具体涉及一种应用于机床状态监测的边缘计算设备。

背景技术

机床的结构复杂性与功能耦合性决定了任何微小故障都可能引发连锁反应，因而对其实施全面监测势在必行。人工检修机床耗时耗力，仅能处理一些较明显的异常现象，且对于机床的早期故障及可靠性没有预测功能；而现有的机床监测系统在采集到机床关键部件的原始监测信号后直接传输到服务器，后续的数据处理、故障报警等操作均在服务器上进行。在现有的机床监测系统中，由于原始监测信号数据量庞大并且混杂大量噪声信息，当监测设备数量较多时会出现网络阻塞、高延时等现象，机床状态不能实时显示，易导致故障不能及时被发现并处理的问题，降低机床生产效率。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种应用于机床状态监测的边缘计算设备，以解决现有机床监测手段容易出现网络阻塞、高延时，导致无法对故障信息进行及时报警的问题。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种应用于机床状态监测的边缘计算设备，包括数字信号处理器、采集模块、时钟模块、存储模块、报警模块和接口扩展模块；

所述采集模块包括若干与所述数字信号处理器连接通信的采集卡，所述采集卡上安装有多个传感器接口，所述传感器接口用于连接传感器，所述传感器用于检测机床状态，所述采集卡通过所述传感器接口接收其上所连传感器检测到的机床运行状态数据，并将所述机床运行状态数据发送到所述数字信号处理器；

所述时钟模块与所述数字信号处理器连接通信，为所述数字信号处理器提供时钟信号；

所述存储模块与所述数字信号处理器连接通信，用于存储机床运行状态数据；

所述报警模块与所述数字信号处理器连接通信，用于发出报警信号；

所述接口扩展模块与所述数字信号处理器连接通信，用于进行所述数字信号处理器与服务器间的数据传输和供电。

进一步地，所述数字信号处理器包括多路复用I/O引脚组件、DMA控制器、二级缓存、一级缓存、处理器内核、时钟电路和电源管理模块，所述多路复用I/O引脚组件与所述DMA控制器连接，所述DMA控制器与所述二级缓存连接，所述二级缓存与所述一级缓存连接通信，所述一级缓存与所述处理器内核连接，所述时钟电路与所述处理器内核连接，所述数字信号处理器通过所述多路复用I/O引脚组件与所述采集卡、时钟模块、存储模块、报警模块和接口扩展模块连接通信。

进一步地，所述存储模块包括与所述多路复用I/O引脚组件连接通信的SDRAM存储器和FLASH存储器。

进一步地，所述报警模块包括与所述多路复用I/O引脚组件连接通信的指示灯和蜂鸣器。

进一步地，所述接口扩展模块包括与所述多路复用I/O引脚组件连接的PCI接口和与所述电源管理模块连接的电源接口。

进一步地，所述数字信号处理器为TMS320C6713芯片。

进一步地，所述采集卡上安装有用于指示该采集卡工作状态的LED。

进一步地，所述采集卡为四通道数据采集卡。

进一步地，所述四通道数据采集卡的型号为FCFR-PCI9804。

进一步地，所述时钟模块为DS3231时钟芯片。

与现有技术相比，本实用新型提供的应用于机床状态监测的边缘计算设备，集信号采集、数据处理、数据存储、数据传输于一身，具有运算能力强、功耗低的优点，硬件上采用模块化设计，可以根据监测机床的需求进行扩展，大大降低了机床监测设备的部署成本。该设备优化了机床监测系统，解决了目前机床监测系统中易出现网络阻塞、高延时，导致无法对故障信息进行及时报警的问题，有助于机床的维修维护，提高机床生产效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例应用于机床状态监测的边缘计算设备的组成原理示意图；

图2为本实用新型实施例数字信号处理器的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型实施例提供的应用于机床状态监测的边缘计算设备，包括数字信号处理器1、采集模块2、时钟模块3、存储模块4、报警模块5和接口扩展模块6。

采集模块2包括若干与数字信号处理器1连接通信的采集卡202，采集卡202上安装有多个传感器接口201，传感器接口201用于连接传感器，传感器用于检测机床状态，采集卡202通过传感器接口201接收其上所连传感器检测到的机床运行状态数据，并将机床运行状态数据发送到数字信号处理器1。采集卡202数量可根据所监测的机床的型号确定，需要监测的机床部件通常为主轴及其他驱动轴，每个需要监测的机床部件均需要配备一块采集卡202，考虑到常用机床最多为一个主轴及五个驱动轴，所以最高可以设置6块采集卡202。采集卡202可采用四通道数据采集卡，以同时采集多路检测信号。具体可采用型号为FCFR-PCI9804的数据采集卡，FCFR-PCI9804数据采集卡是PCI接口的高速数字化仪，4通道同步采集，AD分辨率14位/12位，采样率支持100MS/s，-3db模拟输入带宽50MHz（出厂默认），直流输入/交流输入耦合方式（出厂设定），贴片硬件DDRII FIFO，容量256M字节。该数据采集卡采用PCI接口，支持75Mbytes/S带宽，通过高速盘阵，可实现实时采集、传输和写盘功能。机床运行状态数据包括但不限于振动、电流、温度等状态数据，每块采集卡202均可通过传感器接口201连接加速度传感器、电流传感器及温度传感器等。采集卡202上安装有用于指示该采集卡202工作状态的LED203，LED203亮时表示采集卡202处在工作状态，采集监测的机床部件的振动、电流及温度等原始信号。

时钟模块3与数字信号处理器1连接通信，为数字信号处理器1提供时钟信号。时钟模块3为DS3231时钟芯片，该芯片是低成本、高精度I2C实时时钟（RTC），具有集成的温补晶体振荡器（TCXO）和1个32.768kHz的晶体。集成晶体振荡器可提高器件的长期精确度，能满足机床状态需要长期监测的需求。该模块与数字信号处理器1电连接，提供计时功能，保证设备每隔五分钟采集一次机床运行状态数据。

如图2所示，数字信号处理器1可包括多路复用I/O引脚组件101、DMA控制器102、二级缓存103、一级缓存104、处理器内核105、时钟电路106和电源管理模块107等，所述多路复用I/O引脚组件101与所述DMA控制器102连接，所述DMA控制器102与所述二级缓存103连接，所述二级缓存103与所述一级缓存104连接通信，所述一级缓存104与所述处理器内核105连接，所述时钟电路106与所述处理器内核105连接。各传感器检测的机床运行状态数据经采集卡201采集后，经多路复用I/O引脚组件101进入数字信号处理器1，最后进入处理器内核105进行计算处理。多路复用I/O引脚组件101包括若干I/O引脚，所述数字信号处理器1通过所述多路复用I/O引脚组件101与所述采集卡201、时钟模块3、存储模块4、报警模块5和接口扩展模块6连接通信。数字信号处理器1可采用TI公司的TMS320C6713芯片，用于处理采集模块2采集的原始监测数据。该芯片具备强大的处理复杂算法的能力，采用双电源供电，内核电源1.2V，在芯片外围则用3.3V供电，使得芯片功耗很低。

存储模块4与数字信号处理器1连接通信，用于存储机床运行状态数据。存储模块4包括SDRAM存储器401和FLASH存储器402，SDRAM存储器401和FLASH存储器402与所述多路复用I/O引脚组件101连接通信，从而实现与数字信号处理器1之间的数据存取。存储模块4用于存放两小时内采集模块2采集到的所有数据，若机床出现故障，则两小时内的原始采集数据会被上传至服务器，若无故障，则原数据会被新数据覆盖。

报警模块5与数字信号处理器1连接通信，用于发出报警信号。报警模块5与数字信号处理器1电连接，包括与指示灯501和蜂鸣器502，指示灯501和蜂鸣器502与所述多路复用I/O引脚组件101连接通信。当数字信号处理器1检测到机床部件发生故障，则向报警模块5发出指令，控制其指示灯501和蜂鸣器502发出报警信号，等待维修人员处理。

接口扩展模块6，与数字信号处理器1连接通信，包括PCI接口601和电源接口602，PCI接口601与所述多路复用I/O引脚组件101连接通信，电源接口602与所述电源管理模块107连接以供电，从而实现数字信号处理器1与服务器间的数据传输和供电。

该边缘计算设备集信号采集、数据处理、数据存储、数据传输于一身，具有运算能力强、功耗低的优点，硬件上采用模块化设计，可以根据监测机床的需求进行扩展，大大降低了机床监测设备的部署成本。该边缘计算设备优化了机床监测系统，解决了目前机床监测系统中易出现网络阻塞、高延时，导致无法对故障信息进行及时报警的问题，有助于机床的维修维护，提高机床生产效率。

上述实施例仅为优选实施例，并不用以限制本实用新型的保护范围。在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于机床状态监测的边缘计算设备，其特征在于，包括数字信号处理器、采集模块、时钟模块、存储模块、报警模块和接口扩展模块；

所述采集模块包括若干与所述数字信号处理器连接通信的采集卡，所述采集卡上安装有多个传感器接口，所述传感器接口用于连接传感器，所述传感器用于检测机床状态，所述采集卡通过所述传感器接口接收其上所连传感器检测到的机床运行状态数据，并将所述机床运行状态数据发送到所述数字信号处理器；

所述时钟模块与所述数字信号处理器连接通信，为所述数字信号处理器提供时钟信号；

所述存储模块与所述数字信号处理器连接通信，用于存储机床运行状态数据；

所述报警模块与所述数字信号处理器连接通信，用于发出报警信号；

所述接口扩展模块与所述数字信号处理器连接通信，用于进行所述数字信号处理器与服务器间的数据传输和供电。

2.如权利要求1所述的应用于机床状态监测的边缘计算设备，其特征在于，所述数字信号处理器包括多路复用I/O引脚组件、DMA控制器、二级缓存、一级缓存、处理器内核、时钟电路和电源管理模块，所述多路复用I/O引脚组件与所述DMA控制器连接，所述DMA控制器与所述二级缓存连接，所述二级缓存与所述一级缓存连接通信，所述一级缓存与所述处理器内核连接，所述时钟电路与所述处理器内核连接，所述数字信号处理器通过所述多路复用I/O引脚组件与所述采集卡、时钟模块、存储模块、报警模块和接口扩展模块连接通信。

3.如权利要求2所述的应用于机床状态监测的边缘计算设备，其特征在于，所述存储模块包括与所述多路复用I/O引脚组件连接通信的SDRAM存储器和FLASH存储器。

4.如权利要求2所述的应用于机床状态监测的边缘计算设备，其特征在于，所述报警模块包括与所述多路复用I/O引脚组件连接通信的指示灯和蜂鸣器。

5.如权利要求2所述的应用于机床状态监测的边缘计算设备，其特征在于，所述接口扩展模块包括与所述多路复用I/O引脚组件连接的PCI接口和与所述电源管理模块连接的电源接口。

6.如权利要求2所述的应用于机床状态监测的边缘计算设备，其特征在于，所述数字信号处理器为TMS320C6713芯片。

7.如权利要求1所述的应用于机床状态监测的边缘计算设备，其特征在于，所述采集卡上安装有用于指示该采集卡工作状态的LED。

8.如权利要求1所述的应用于机床状态监测的边缘计算设备，其特征在于，所述采集卡为四通道数据采集卡。

9.如权利要求8所述的应用于机床状态监测的边缘计算设备，其特征在于，所述四通道数据采集卡的型号为FCFR-PCI9804。

10.如权利要求1所述的应用于机床状态监测的边缘计算设备，其特征在于，所述时钟模块为DS3231时钟芯片。

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