[发明专利]一种机械加工设备能量消耗测量装置

说明书

本发明公开了一种机械加工设备能量消耗测量装置，包括能耗数据采集模块、能耗数据处理模块、能耗数据控制传输模块和PC监控端，其中，能耗数据采集模块包括电压互感器、电流互感器和低通滤波器；能耗数据处理模块包括由三片三相电能计量芯片所组成的电能计量芯片组，能耗数据控制传输模块包括微控制器、LED显示器和矩阵键盘，微控制器通过SPI接口与所述寄存器相连接；PC监控端通过通信接口接收微控制器传输的数据，通过人机交互界面显示能耗功率曲线。本发明相比于现有的测量装置具有更好的实时性、可靠性和稳定性，并且能够广泛运用于数控机械加工设备机械加工过程中能量消耗的状态信息分析、管理控制和节能优化的研究中，具有较广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种机械加工设备能量消耗测量装置，属于机械加工领域。

背景技术

关于机械加工设备能耗测量问题，国外已经有大量的研究。国际生产工程科学院(CIRP，The International Academy for Production Engineering)第18届生命周期工程会议针对机械加工设备能量消耗监控问题，提出了一种模块化能量消耗建模方法，为机械加工设备能量监控提供了方法学支持；麻省理工大学的Kordonowy提出了一种基于额定功率的机械加工设备能量效率测算模型，采用统计学的方法，将机械加工设备能耗分为可变能耗和固定能耗，并运用此方法对多种不同类型的机械加工设备建立了能耗统计模型；国内对这方面的研究主要是刘飞早年提出了机械加工过程中还存在载荷损耗，即由载荷引起的传动系统及电机的附加能量损耗；刘高君等人提出了一种人机交互式机械加工设备加工状态判别方法，但该方法需要人为实时操作，车间应用较为不便，浙江大学唐任仲教授团队在数控机械加工设备能量供给建模、机械加工工艺过程能量需求建模与产品车间生产过程碳排放计算等方面开展了相关研究。

综上所述，国内的研究主要集中在对机械加工设备机械加工过程中能耗过程的理论研究和模型建立，而国外的研究已经开始对机械加工设备能量损耗的监控软件进行研究。据此，对数控机械加工设备加工过程中的能量消耗过程进行监控，是获取机械加工设备能耗实时数据的有效手段，能够为机械加工设备节能优化决策和评估机械加工设备能耗提供数据支持,是我国机械加工设备产业节能减排和走向国际化的内在和外在需求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种机械加工设备能量消耗测量装置，以VB和ARM为基础，为机械加工设备加工过程中的能效评估和能耗优化提供基础数据和理论支持，对机械加工设备实际生产中的节能降耗研究起到指导作用。

本发明中主要采用的技术方案为：

一种机械加工设备能量消耗测量装置，包括能耗数据采集模块、能耗数据处理模块、能耗数据控制传输模块和PC监控端，其中，

所述能耗数据采集模块包括电压互感器、电流互感器和低通滤波器，所述电压互感器和电流互感器分别采集数控机械加工设备的三相电压和电流，且采集的三相电压和电流数据经低通滤波器传输至能耗数据处理模块；

所述能耗数据处理模块包括由三片三相电能计量芯片所组成的电能计量芯片组，所述电能计量芯片组接收所述能耗数据采集模块采集的三相电压和电流数据，并对其进行A/D转换和计算处理，从而得到相应的能耗参数，所述能耗参数存储于电能计量芯片中的寄存器中，所述寄存器与能耗数据控制传输模块数据传输连接；

所述能耗数据控制传输模块包括微控制器、LED显示器和矩阵键盘，所述LED显示器和矩阵键盘分别与微控制器的硬件接口连接，所述微控制器通过SPI接口与所述电能计量芯片中的寄存器相连接，所述微控制器读取电能计量芯片中的寄存器中的能耗参数进行显示、存储，所述微控制器通过通信接口向PC监控端传输数据；

所述PC监控端通过通信接口接收微控制器传输的数据，并通过VB软件编程进行图像绘制，通过人机交互界面显示能耗功率曲线。