[发明专利]一种数控机床能耗与加工状态在线监测系统

权利要求书

1.一种数控机床能耗与加工状态在线监测系统，其特征在于，其包括功率采集模块、光电型转速传感器、频率计数模块、信号转换模块、开关量采集模块和上位机，其中，

功率采集模块输入端同时连接机床总线路和主轴电机线路，以能采集获得机床总功率数据和主轴电机功率数据，功率采集模块输出端连接信号转换模块输入端，信号转换模块输出端连接上位机，

光电型转速传感器设置在主轴处，以能采集获得主轴转速，光电型传感器的输出端连接频率计数模块输入端，以能在光电型转速传感器采集到主轴转速信息时给频率计数模块一个开关量，频率计数模块计算开关量的频率，从而获得机床的主轴转速，频率计数模块输出端连接信号转换模块输入端，具体的，主轴上设置有反光条，主轴每旋转一圈，光电型转速传感器就给频率计数模块一个开关量，频率计数模块计算开关量的频率，从而获得机床的主轴转速，

开关量采集模块的输入端同时连接数控系统PLC和冷却泵、润滑泵继电器，以能采集获得数控系统PLC发出的开关量信号以及冷却泵、润滑泵继电器开闭信号，开关量采集模块的输出端连接信号转换模块的输入端，

信号转换模块将接受到的机床总功率、主轴电机功率、主轴转速、数控系统PLC发出的开关量信号以及冷却泵和润滑泵的继电器开闭信号进行信号转换，并传输至上位机，

上位机用于将接受到的机床总功率、主轴电机功率、主轴转速、数控系统PLC发出的开关量信号以及冷却泵和润滑泵的继电器开闭信号行综合判断，进而获得机床运行状态，并进行显示，

所述上位机设置有系统参数配置模块，所述系统参数配置模块用于对被监测机床的型号、加工任务信息、机床恒定功率组件的功率数据和通信参数进行配置管理，

机床恒定功率组件的功率数据包括来自风机、冷却泵、润滑泵、照明灯和数控面板的功率数据，其中，风机、冷却泵、润滑泵、照明灯和数控面板只要开启，功率即为定值，能通过功率采集模块分别一次性获得，

所述通信参数包括功率采集模块、开关量采集模块、频率计数模块各自与上位机之间的通信参数，还包括机床数控系统PLC发出的开关量信号的定义，开关量信号的定义能从配套的数控系统说明书中获得，

所述上位机上还设置有数据处理与显示模块，数据处理与显示模块连接系统参数配置模块，数据处理与显示模块在收到机床总功率、主轴电机功率、主轴转速、数控系统PLC发出的开关量信号以及冷却泵和润滑泵的继电器开闭信号后，在系统参数的约束下，综合判别机床的加工状态，

所述数控系统PLC发出的开关量信号包括给主轴电机变频器和进给系统伺服控制器的进给速度信号，

机床加工状态包括待机、快速进给、空走、切削四种主要加工状态，还包括冷却泵、润滑泵继电器的开闭状态，

所述数控机床能耗与加工状态在线监测系统的工作流程为：

(1)功率采集模块通过互感器采集被监测机床的主轴电机供电以及机床总供电的功率数据，

(2)在主轴上贴反光条，主轴每转一圈，光电型转速传感器就给频率计数模块一个开关量，频率计数模块计算开关量的频率，获得主轴转速，

(3)开关量采集模块将数控系统PLC发出的开关量信号转化为数字信号，

(4)将主轴转速、功率数据和数控系统PLC发出的开关量信号经由信号转换模块传至上位机，

(5)系统参数配置模块配置上位机的系统参数，所述上位机的系统参数是指被监测机床的型号、加工任务信息、机床恒定功率组件的功率数据和通信参数，其中，通信参数包括功率采集模块、开关量采集模块、频率计数模块各自与上位机之间的通信参数，还包括机床数控系统PLC发出的开关量信号的定义，开关量信号的定义能从配套的数控系统说明书中获得，配置上位机的系统参数是为了使数据处理与显示模块在收到机床总功率、主轴电机功率、主轴转速、数控系统PLC发出的开关量信号以及冷却泵和润滑泵的继电器开闭信号后，将系统参数作为判别约束，综合判别机床的加工状态，

数据处理与显示模块显示的内容包括机床总功率、主轴电机功率、主轴转速、机床加工状态、机床的型号和加工任务信息，其中，机床的型号和加工任务信息通过外界手动输入，

所述上位机上还设置有数据导出模块，数据导出模块连接数据处理与显示模块，数据导出模块用于从数据处理与显示模块获得机床总功率、主轴电机功率、主轴转速、机床加工状态、机床型号和加工任务信息，并按照时间点将以上信息同步整合进入表格文件，并进行保存，

工作中，数控机床的数控系统发出的控制信号均是开关量信号，数控系统运行每个代码都会向特定组件发出特定的开关量信号，以此控制组件进行特定的运动，每个组件收到的开关量信号即可代表机床的运行代码，截取数控系统PLC的开关量信号，再配合主轴转速以及机床总功率和主轴电机功率，能获得机床的运行状态，

开关量采集模块并线接入数控系统的信号输出总线，采集机床数控系统PLC发出的开关量信号，开关量采集模块还采集冷却泵、润滑泵的继电器的开闭信号；频率计数模块通过光电型转速传感器采集机床的主轴转速，开关量信号和主轴转速通过信号转换模块传至上位机，上位机中的数据处理与显示模块通过功率数据、开关量信号以及主轴转速对数控机床的运行状态进行判别和显示。