CN211785745U - 一种设备电流采集系统及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于智能制造技术领域，具体涉及一种设备电流采集系统及装置，系统包括：交流电互感器，连接在空气开关出线端，用来将连接设备的三相电的大电流转化成小电流；交流电采集器，将交流电互感器采集到的小电流信号转化成模拟信号；卡片电脑，接收交流电采集器发送的模拟信号并计算处理，根据与设定的阈值相比较计算并记录设备的状态并建立与设备的通讯协议；RS485串口通信，用于将交流电采集器上的数据采集并上传到卡片电脑上。本实用新型直接将采集盒安装在设备供电柜出线处，不需要对MES系统的设备本身进行改进，只需要通过交流电互感器、交流电采集器和卡片电脑对与设备连接的电线的电流进行采集、计算，即可记录设备的状态。

Description

一种设备电流采集系统及装置

技术领域

本实用新型属于智能制造技术领域，具体涉及一种设备电流采集系统及装置。

背景技术

在生产制造执行系统(以下称MES系统——Manufacturing Execution System)中，设备加工记录是系统的一种核心基础数据。通过监听设备加工记录，结合生产工单的开始执行时间以及工单要求产量数，可以实时查看生产工单的完成度，从而预计出设备大概的闲置时间，为车间生产排班提供依据。在传统方式中，会在工件上贴一个标签码(可以是一维码或二维码)，当工件从一个设备流转到另一个设备过程中，用扫码枪来扫标签码，从而告知系统产品经过了本设备的加工。

对于自动化程度较高的设备，可以通过改造设备本身的控制模块，来安装一个额外的扫码枪，来实现自动扫码计数，自动生成加工记录。但对于比较老旧或自动化程度较低的设备，没有扫码枪对接功能，需要人工扫码，这就会给产线工人带来0.5秒左右“扫码”工作量，会降低产线的效率。这样一来，MES系统不但没有给产线带来效益提升，反而降低了产线效率。

生产线上的设备主要通过电机进行驱动，当设备待机时，电机空转，则电流很小、功率很小；当设备在生产时，电机处于负荷转动，则电流较大，功率也较大。通过设备的电流大小的变化可以判断设备的工作状态，通过记录设备某段时间内的历次“加工-待机”变化，可以计算出设备某时间端内的加工记录，即设备的产能。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的老旧设备改造中额外添加人工扫码记录加工过过程降低了产线效率的缺陷，提供一种不需要人工干预的、不影响设备生产且便于安装的设备电流采集系统及装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种设备电流采集系统，其特征在于：包括：

交流电互感器，连接在空气开关出线端，用来将连接设备的三相电的大电流转化成小电流；

交流电采集器，将所述交流电互感器采集到的小电流信号转化成模拟信号；

卡片电脑，接收所述交流电采集器发送的模拟信号并计算处理，根据与设定的阈值相比较计算并记录设备的状态并建立与设备的通讯协议；

RS485串口通信，用于将交流电采集器上的数据采集并上传到卡片电脑上。

进一步地，还包括服务器，所述卡片电脑处理后的数据通过无线WIFI发送给服务器储存。

进一步地，所述卡片电脑还连接有显示屏。

一种设备电流采集装置，其特征在于：包括连接在空气开关出线端的交流电互感器以及与所述交流电互感器电连接的电流采集盒，所述电流采集盒包括：上侧开口的母盒、通过螺栓固定在所述母盒内的下底面上的网状安装板、安装在所述网状安装板上的交流电采集器、安装在所述网状安装板上的卡片电脑、安装在所述网状安装板上的12V转5V变压模块、盖合在所述母盒上侧开口处的盖板、设置在所述盖板上且与所述卡片电脑电连接的显示屏以及用来连接所述交流电采集器和所述卡片电脑的RS485串口，所述12V转5V电压模块和所述交流电采集器均通过12V电源适配器连接220V供电线路。

进一步地，所述交流电采集器、12V转5V变压模块和所述卡片电脑通过扎带连接在所述网状安装板上。

进一步地，所述交流电采集器的左右两端均具有多个接线端子，所述母盒上与所述接线端子对应处具有使接线端子露出的第一缺口。

进一步地，所述卡片电脑设置在所述母盒的一端，所述母盒靠近所述卡片电脑的USB接口和网线插口的角处具有可供 USB接口和网线插口露出的第二缺口。

进一步地，所述网状安装板的四个角处具有固定孔，所述母盒底板上具有与所述固定孔相对应的固定螺母座，所述网状安装板通过螺钉穿过所述固定孔和固定螺母座固定在所述母盒上。

进一步地，所述卡片电脑采用树莓派3B+型号；所述显示屏采用树莓派3.5寸显示屏。

更进一步地，交流电采集器采用8路开合式交流采集器。

本实用新型的一种设备电流采集系统及采集装置的有益效果是：

1、直接将本实用新型的采集盒安装在设备供电柜出线处，不需要对MES系统的设备本身进行改进，也不影响原有产线的加工工艺，只需要通过交流电互感器、交流电采集器和卡片电脑对与设备连接的电线的电流进行采集、计算，即可记录设备的状态。

2、采用便宜的卡片电脑对数据进行处理储存，而不通过设备的工控机，采集盒独立且成本低，完全不影响设备的正常运行。

3、采用网状安装板，交流电采集器、卡片电脑等只需要通过扎带直接安装在网状安装板上，然后将网状安装板与母盒通过螺栓连接，安装和拆卸方便，制作采集盒的成本低。

4、交流电采集器采用八路开合式交流电采集器，最多可以同时检测和记录八台设备的工作状态。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的设备电流采集系统结构图；

图2是本实用新型实施例的采集盒整体立体图；

图3是本实用新型实施例的采集盒爆炸图；

图4是本实用新型实施例的母盒立体图。

图中：1、交流电互感器，2、交流电采集器，21、接线端子，3、卡片电脑，4、RS485串口，5、服务器，6、母盒，61、第一缺口，62、第二缺口，63、固定螺母座，7、网状安装板， 71、固定孔，8、12V转5V变压模块，9、盖板，10、显示屏， 11、12V电源适配器。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示的本实用新型的一种设备电流采集系统的具体实施例，包括：交流电互感器1，连接在空气开关出线端，用来将连接设备的三相电的大电流转化成小电流；交流电采集器2，将交流电互感器1采集到的小电流信号转化成模拟信号；卡片电脑3，接收交流电采集器2发送的模拟信号并计算处理，根据与设定的阈值相比较计算并记录设备的状态并建立与设备的通讯协议； RS485串口4通信，用于将交流电采集器2上的数据采集并上传到卡片电脑3上；服务器5，卡片电脑3处理后的数据通过无线WIFI发送给服务器5储存；卡片电脑3还连接有显示屏10。

本实用新型实施例的设备电流采集装置包括：包括连接在空气开关出线端的交流电互感器1以及与交流电互感器1电连接的电流采集盒。如图2-图4所示的电流采集盒包括：上侧开口的母盒6、通过螺栓固定在母盒6内的下底面上的网状安装板7、安装在网状安装板7上的交流电采集器2、安装在网状安装板7 上的卡片电脑3、安装在网状安装板7上的12V转5V变压模块 8、盖合在母盒6上侧开口处的盖板9、设置在盖板9上且与卡片电脑3电连接的显示屏10以及用来连接交流电采集器2和卡片电脑3的RS485串口4，12V转5V电压模块和交流电采集器 2均通过12V电源适配器11连接220V供电线路。由于卡片电脑3需要5V的电压，所以12V电源适配器11的直流电压需要经过12V转5V变压模块8后给卡片电脑3供电。

为了安装和拆卸方便，将交流电采集器2、12V转5V变压模块8和卡片电脑3通过扎带连接在网状安装板7上。网状安装板7的四个角处具有固定孔71，母盒6底板上具有与固定孔 71相对应的固定螺母座63，网状安装板7通过螺钉穿过固定孔 71和固定螺母座63固定在母盒6上。采用网状安装板7，交流电采集器2、卡片电脑3等只需要通过扎带直接安装在网状安装板7上，然后将网状安装板7与母盒6通过螺栓连接，安装和拆卸方便，制作采集盒的成本低。

交流电互感器1相当于一个变压器，将设备三相电上的大交流电转换成小交流电。交流电采集器2的左右两端均具有多个接线端子21，母盒6上与接线端子21对应处具有使接线端子 21露出的第一缺口61，这些接线端子21中包括八个与8路设备的交流电互感器1电连接的端子。交流电采集器2采用八路开合式交流电采集器2，最多可以同时检测和记录八台设备的工作状态。

卡片电脑3设置在母盒6的一端，母盒6靠近卡片电脑3 的USB接口和网线插口角处具有可供USB接口和网线插口露出的第二缺口62，USB接口上连接有RS485串口4。交流电采集器2通过RS485串口4将modbus-RTU模拟信号转移到卡片电脑3上。

卡片电脑3是一种体积很小半个智能手机大小的电脑，这里取代市面上传统的体积较大且昂贵的工控机，来接收电流采集器上上传的电流并计算，然后在卡片电脑3上建立一些高级的与设备通信的协议，比如OPCUA、MQTT、WebSocket等，便于MES系统来对接设备。本实施例的卡片电脑3采用树莓派 3B+型号；显示屏10采用树莓派3.5寸显示屏，是一个很小的人机交互模块。

本实施例中，交流电采集器2采用8路开合式交流采集器。

本实施例的采集装置具体安装步骤为：

1、观察车间内设备的供电柜，供电柜一般安装在承重柱或墙上。

2、打开设备供电柜，观察供电柜内的空气开关，一般而言一个空气开关对应一台设备。

3、在空气开关的出现端接上交流电互感器1，交流电互感器1接采集盒的交流电采集器2上的接线端子21。

4、将12V的电源适配器插在供电柜旁的照明电插座上，给采集器供电。

5、通过在树莓派3.5寸显示屏上操作来配置卡片电脑3计算数据后的数据存储方式，比如可以存储在插在卡片电脑3上的SD卡上，也可以通过WIFI模块发送给MES系统的服务器5，卡片电脑上计算监测的信息通过显示屏10显示。

采集盒并不需要固定安装在墙壁上，直接通过扎带绑到供电柜出线处的即可。

本实施例的卡片电脑3采用滤波算法，精确计算设备的电流峰值、低估值，用以判断设备的“加工”、“待机”状态。当卡片电脑3计算的电流数据超过设定的加工阈值，判断设备处于加工状态，当电流数据小于设定的待机阈值，判断设备处于待机状态，同时如果测得的电流更大，可以判断设备刀具的磨损状态或故障状态。

通过计算设备两次“加工-待机”的时间差，还能计算出生产节拍，以及平均生产节拍，通过观察历次生产时间的差值，还能计算出生产工艺稳定性。

本实用新型的方案还能为设备精准维修保养提供依据。在以往的设备保养过程中，都是“事故性保养”，或“按时间周期性保养”。“事故性保养”是指，当设备发生故障了以后，我们再维修好设备之后，再对设备做一次保养，比如除灰尘、换机油、检测金属疲劳度、更换紧固件，更换刀头等。“按时间周期性保养”是指，按月或按季度，对车间内所有设备都做统一的保养。而精确保养的实施方式是：预先给设备规定一个加工次数上限，达到使用次数上限后就执行保养。很多自动化程度较高的设备本身就有这方面的功能，设备本身会记录加工次数。而对于老旧设备或自动化程度低的设备，就可以用本实施例的方案来实现。

通过本实施例的方案，使得老旧、自动化程度低的设备也能使用MES系统，大大降低了MES系统的实施门槛。直接将本实用新型的采集盒安装在设备供电柜出线处，不需要对MES 系统的设备本身进行改进，也不影响原有产线的加工工艺，只需要通过交流电互感器1、交流电采集器2和卡片电脑3对与设备连接的电线的电流进行采集、计算，即可记录设备的状态。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。由本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种设备电流采集系统，其特征在于：包括：

交流电互感器(1)，连接在空气开关出线端，用来将连接设备的三相电的大电流转化成小电流；

交流电采集器(2)，将所述交流电互感器(1)采集到的小电流信号转化成模拟信号；

卡片电脑(3)，接收所述交流电采集器(2)发送的模拟信号并计算处理，根据与设定的阈值相比较计算并记录设备的状态并建立与设备的通讯协议；

RS485串口(4)，用于将交流电采集器(2)上的数据采集并上传到卡片电脑(3)上。

2.根据权利要求1所述的一种设备电流采集系统，其特征在于：还包括服务器(5)，所述卡片电脑(3)处理后的数据通过WIFI模块发送给服务器(5)储存。

3.根据权利要求1或2所述的一种设备电流采集系统，其特征在于：所述卡片电脑(3)还连接有显示屏(10)。

4.一种设备电流采集装置，其特征在于：包括连接在空气开关出线端的交流电互感器(1)以及与所述交流电互感器(1)电连接的电流采集盒，所述电流采集盒包括：上侧开口的母盒(6)、通过螺栓固定在所述母盒(6)内的下底面上的网状安装板(7)、安装在所述网状安装板(7)上的交流电采集器(2)、安装在所述网状安装板(7)上的卡片电脑(3)、安装在所述网状安装板(7)上的12V转5V变压模块(8)、盖合在所述母盒(6)上侧开口处的盖板(9)、设置在所述盖板(9)上且与所述卡片电脑(3)电连接的显示屏(10)以及用来连接所述交流电采集器(2)和所述卡片电脑(3)的RS485串口(4)，所述12V转5V电压模块和所述交流电采集器(2)均通过12V电源适配器(11)连接220V供电线路。

5.根据权利要求4所述的一种设备电流采集装置，其特征在于：所述交流电采集器(2)、12V转5V变压模块(8)和所述卡片电脑(3)通过扎带连接在所述网状安装板(7)上。

6.根据权利要求4所述的一种设备电流采集装置，其特征在于：所述交流电采集器(2)的左右两端均具有多个接线端子(21)，所述母盒(6)上与所述接线端子(21)对应处具有使接线端子(21)露出的第一缺口(61)。

7.根据权利要求4所述的一种设备电流采集装置，其特征在于：所述卡片电脑(3)设置在所述母盒(6)的一端，所述母盒(6)靠近所述卡片电脑(3)的USB接口和网线插口的角处具有可供USB接口和网线插口露出的第二缺口(62)。

8.根据权利要求4所述的一种设备电流采集装置，其特征在于：所述网状安装板(7)的四个角处具有固定孔(71)，所述母盒(6)底板上具有与所述固定孔(71)相对应的固定螺母座(63)，所述网状安装板(7)通过螺钉穿过所述固定孔(71)和固定螺母座(63)固定在所述母盒(6)上。

9.根据权利要求4所述的一种设备电流采集装置，其特征在于：所述卡片电脑(3)采用树莓派3B+型号；所述显示屏(10)采用树莓派3.5寸显示屏。

10.根据权利要求4-9任一项所述的一种设备电流采集装置，其特征在于：交流电采集器(2)采用8路开合式交流采集器。

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