CN213210787U - 一种塑性成形机床性能数据采集及分析装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种塑性成形机床性能数据采集及分析装置，通过传感器采集机螺旋压力机、热模锻压力机、(自由锻及模锻)液压机等塑性成形机床性能数据，对其进行分析，评价其性能和运行状态。在机床上安装打击力、气液压力、滑块位移、设备震动等传感器，采集与机床性能相关的数据；对数据进行传输及存储；按照一定原则和算法进行分析；对设备性能和运行状态进行评价。本实用新型用于研究塑性成形机床工艺应用性能，指导优化控制参数，判断其精度及性能状态，便利维护，本实用新型也可用于其他机床以及生产线上各种设备。

Description

一种塑性成形机床性能数据采集及分析装置

技术领域

本实用新型涉及对塑性成形机床的性能数据进行采集、传输、存储及分析评价。本实用新型可实现对塑性成形机床性能、精度保持性、可靠性、运行状态进行测量、分析，监控，报警；采用本实用新型的装置，获得的性能曲线及分析结果便于工艺人员合理发挥设备性能，性能评价结果便于维护人员了解设备状态，设备制造商提高制造水平。

背景技术

塑性成形机床是用于金属塑性成形的机床设备，主要包括(模锻、自由锻)液压机、螺旋压力机、曲柄压力机以及轧环机、旋压机等，应用在汽车、火车、航空、航天、军工、船舶等领域的模锻和自由锻件生产。

塑性成形机床的基本特点是将能量转换到成形对象，使冷态或热态的金属或非金属按照需要的性能及形状成形。塑性成形过程中，材料内在性能、形状都在变化，所以，塑性成形过程参数的控制：如材料的成形速度、温度变化、成形阻力、能量转换率等具有重要意义。不同于切削加工主要关注被加工件的尺寸精度，塑性成形装备更加关注工艺过程和设备性能的结合，这首先要求能够采集设备工艺参数数据，其次是分析、评价这些性能数据。

对塑性成形设备进行性能数据采集及分析，其意义主要有以下几点：1.评价设备工艺能力，改进工艺控制过程；2.对不同设备性能进行比较，使设备与工艺匹配更佳，改进设备设计，发挥其性能特点；3.指导生产企业正确选择设备，更好地使用、维护设备。

随着技术进步，目前，塑性成形设备控制系统普遍具有测量、数据存储、故障分析、显示及报警等功能，并且随着传感器及计算机技术的发展，远程诊断，数据传输等技术也应用到设备控制系统。

目前先进的塑性成形设备，其控制系统已经具备如下功能：

1)滑块位移检测、模具识别、有料检测，实时监测产品厚度尺寸。

2)采用伺服及电液比例技术，可数字显示和比例控制，无级调速，随意控制滑块运行速度和位置，自由调节滑块平衡。

3)液压系统设置压力检测点，压力传感器检测点压判断故障。控制系统具有动作按钮；功能转换开关；电机启停按钮；各部分报警、监视显示、触摸屏等；以太网通讯；屏幕显示信息：压力机工作信息、故障信息，存储模具参数。

4)远程数据传输及远程运维、诊断系统。

5)数据采集及分析：

在压力机控制PC和用户PC之间采集、传输操作数据，并进行数据分析；

6)各系统间联系

控制系统提供自动化接口，配合自动进料、出料系统，可对自动化连续模式进行编程。采用PROFINET来进行数据交换，预留PROFINET接口，通过总控系统对设备进行数据监控和修改。总控系统与自动化系统存在集成、安全关系。

7)总控：报警；扫描系统；光电保护系统；安全互锁；

尽管如此，由于以下原因，设备的控制系统难以完成本文所述装置的功能：

1)设备控制系统的主要功能是设备运行控制，其功能配置重点是保证设备控制的灵敏性、可靠性。性能数据采集及分析需要高的采样速度和数据处理速度，塑性成形设备控制系统大多采用PLC逻辑控制器，运算、存储、分析能力明显不足。

2)设备控制系统一般采集数据以开关量为主，涉及设备内在性能的位移、打击力、气液压力、电流等数据采集内容主要用于控制及故障分析，也不具备数据分析和性能评估功能。

3)本装置的设计、配置出发点是根据塑性成形设备注重过程控制及数据采集、产品制作过程可追溯的特点，专门设计的适合塑性成形设备性能数据采集及分析装置，可以实现对设备的性能分析与评估。

4)本装置的特点是数据的采集、分析、评估完全独立于设备控制系统，同时具备显接收设备控制系统数据，显示分析结果，向上级传输数据功能。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够采集塑性成形机床性能数据，同时可以通过分析上述数据评估机床运行状态、精度保持性及可靠性、预测机床故障的装置，由数据采集、数据存储、数据分析与评估、显示与数据传输等功能模块组成。该装置不参与机床控制，但通过独立附加在机床上的传感器系统，或机床控制系统发来的传感器数据获得机床性能相关信息。对这些数据进行分析评价，可确定机床工艺应用性能、工作状态、维护状态等；该装置独立于机床控制系统，仅对与机床性能相关的数据进行采集和分析评价，而不参与机床控制；该装置采集与机床性能相关的传感器数据，对这些数据进行过滤、存储，并可以根据算法和判断准则对设备性能进行评价；该装置与机床控制系统现有功能的区别在于，其功能是专注于数据采集和数据的分析、评价，因而其设计及配置的系统具有高的采集频率，数据的高速传输和处理能力；该装置可以根据设计，同时叠加显示多路数据曲线；该装置可以根据内置的算法，针对不同设备，自动对数据进行分析处理，生成评价结果；该装置由数据采集、数据存储、数据分析与评估、显示与数据传输等部分组成；该装置还可以将部分传感器数据集成并以子站方式分散设置在机床不同部分，如距离主机较远的液压站上，通过5G技术将传感器数据高速传输到主站，减少数据传输线。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

装置整体结构如图1所示(图1)

本实用新型的装置，整体体系框架如图2所示(图2)：

其中各部分模块功能如下：

数据采集：

针对不同类型的塑性成形设备，分别采集各种能够描述该种设备性能的传感器数据。

根据不同设备性能特点，需要采集的数据(及传感器类型、位置)：

液压机采集数据(及传感器类型、位置)(图3)

曲柄压力机(热模锻压力机及冲床、切边压力机)采集数据(及传感器类型、位置)(图4)

螺旋压力机(离合器式、电动螺旋压力机)采集数据(及传感器类型、位置) (图5)

数据存储：

装置的配置适合高速传输从传感器获得的数据并保证其不失真。

存储信号，具有容量很大的存储器，保证可以存储设备长时间工作时收集的各种数据，这些数据可以由专门设置的传感器采集，也可以存储由控制系统传输而来的数据。

数据分析与评估：

针对不同设备，采用专用算法和规则，对得到的性能数据进行分析，可以评估设备性能、可靠性、精度保持性、运行状态。

显示与数据传输：

具有高分辨率显示器，可以清晰显示数据以及由数据形成的曲线。

具有数据对外传输功能，可以将数据传输到上级需要的地方，如MES系统等。

上述本实用新型装置除硬件配置外，不仅可以存储、调用设备性能数据，而且可以利用专用软件对数据进行分析。

与现有设备控制系统及其具有的性能数据采集手段相比，本实用新型有如下有益效果：

采用本实用新型装置，可以高速大容量记录设备性能数据：设备控制系统的主要任务，是实现设备灵敏准确的控制，高速大容量数据采集会使控制系统设计复杂，功能降低。由于本装置独立于控制系统，可以在不影响控制功能的基础上，配置更丰富的传感器和大容量存储器，大大提升采集、存储不同数据的能力，也提升了数据采集灵活性。

采用本实用新型装置配套的专业分析软件，具有更强的性能数据运算、分析能力。

附图说明

图1为装置整体结构。

图2为装置体系框架。

图3为液压机采集数据(及传感器类型、位置)。

图4为曲柄压力机(热模锻压力机及冲床、切边压力机)采集数据(及传感器类型、位置)。

图5为螺旋压力机(离合器式、电动螺旋压力机)采集数据(及传感器类型、位置)。

图6为本装置显示主界面。

图7为工艺参数显示界面。

图8为数据采集与显示界面。

图9为设备信息参数显示界面。

图10为性能曲线显示界面。

图11为异常数据分析显示界面。

图12为设备性能评价显示界面。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在图1中，装置由各种传感器(A)，输入接口(B)，输出接口(C)，显示器(D)，存储器(E)，及分析装置(F)组成，由传感器(A)采集的数据，存入存储器(E)，需要时被调取分析，分析结果可在显示器D显示，也可通过输出接口(C)上传MES系统及上级数据管理系统(G)。存储器(E)的特点是海量，可以存储至少一周高分辨率的传感器数据，分析用计算机也必须具有高的计算速度。

在图2中，描述了整套装置的体系构成，由数据采集部分(甲)、数据存储部分(乙)、数据分析部分(丙)、显示部分(丁)和数据输出部分(戊)组成。数据采集部分(甲)针对不同设备专门配置的各种传感器采集相应性能数据；数据存储部分(乙)负责将采集的数据进行存储，该部分数据也允许外部调用；数据分析部分(丙)将按照一定策略从数据存储部分(乙)读取数据进行分析；分析结果在显示器显示(丁)或上传MES系统等上层数据管理系统。

图3是液压机采集数据(及传感器类型、位置)示意图。根据液压机工作性能特点，其基本传感器配置为滑块四角各安装一个高精度位移传感器(1)；滑块上各加载油缸安装压力传感器(2)；各主加载油泵电机安装电流传感器(3)；设备安装总电流传感器(4)、总电压传感器(5)、总功率传感器(6)；机身上及关键管道上安装震动传感器(7)；

图4为曲柄压力机(热模锻压力机及冲床、切边压力机)采集数据(及传感器类型、位置)示意图。热模锻压力机(切边压力机及冲床)都采用曲柄连杆机构传力，根据其工作特点及性能要求，其基本传感器配置为滑块四角各安装一个高精度位移传感器(1)；各主加载电机安装电流传感器(3)；设备安装总电流传感器(4)、总电压传感器(5)、总功率传感器(6)；机身上及关键管道上安装震动传感器(7)；压力机离合器(制动器)上或离合器(制动器)储气罐上安装精密气压传感器(8)；机身立柱上安装打击力传感器(9)；

图5为离合器式螺旋压力机及电动螺旋压力机数据采集示意图。根据螺旋压力机工作性能特点，其基本传感器配置为滑块四角各安装一个高精度位移传感器(1)；电动螺旋压力机各主电机安装电流传感器(3)；设备安装总电流传感器(4)、总电压传感器(5)、总功率传感器(6)；机身上及关键管道上安装震动传感器(7)；机身立柱上安装打击力传感器(9)；离合器式螺旋压力机需安装离合器油缸压力传感器(10)；

图6为本装置显示器主显示页面。主显示页面展示数据采集及分析装置具有的主要功能，包括设备设置的工艺参数；性能曲线(含独立曲线及叠加曲线)；设备信息(包括设备主要参数；数据提取(筛选和提取需要的数据)；异常数据分析；设备性能评价等。

图7为工艺参数界面，显示设备中储存的目前和既往生产的产品的工艺参数设定数据，可以查询每班次相关产品数据。

图8为数据采集与显示界面，标示数据采集位置，各传感器采集的实际数据。

图9为设备信息参数，包括产品参数(主要描述某批次产品开始生产时间、结束生产时间等、产量等)；设备参数；环境参数；

图10为性能曲线界面，可以显示单一的性能数据曲线，叠加的性能数据曲线，用于判断设备运行情况和状态。

图11为异常数据分析界面，经数据分析模块对采集的数据进行分析后，异常数据可以被调出并显示异常原因。

图12为设备性能评价界面。可以对班产情况，长期运行情况数据经分析后，确定设备精度保持性，工作稳定性，并经算法分析预测设备状态，评估设备性能。

对于本领域技术人员而言，显示本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作示范性的，而且非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡以本实用新型权利要求所做的改变，都应属于本实用新型的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种塑性成形机床性能数据采集及分析装置，其特征在于，通过独立附加在机床上的传感器系统，或机床控制系统发来的传感器数据获得机床性能相关信息，该装置包括数据采集模块、数据存储模块、数据分析与评估模块、显示模块与数据传输模块。

2.如权利要求1所述一种塑性成形机床性能数据采集及分析装置，其特征在于，该装置的部分传感器集成并以子站方式分散设置在机床不同部分。

3.如权利要求2所述一种塑性成形机床性能数据采集及分析装置，其特征在于，所述部分传感器设置在距离主机较远的液压站上，通过5G技术与主站传输数据。

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