一種火花機在線運行參數(shù)實時監(jiān)控系統(tǒng)及其監(jiān)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于火花機運行參數(shù)檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種火花機在線運行參數(shù)實時監(jiān) 控系統(tǒng)及其監(jiān)控方法，尤其是涉及到火花機電壓、電流、溫度、液位的在線檢測，還應(yīng)用到了 基于CAN協(xié)議的現(xiàn)場總線技術(shù)，完成多運行參數(shù)信號的實時傳輸。
【背景技術(shù)】
[0002] 火花機是一種機械加工設(shè)備，主要用于電火花加工。火花機廣泛應(yīng)用在各種金屬 模具、機械設(shè)備的制造中，它是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時產(chǎn)生的電蝕作用蝕 除導(dǎo)電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工。
[0003] 火花機常監(jiān)測的運行參數(shù)有電壓信號、電流信號、溫度信號、液位信號。電壓、電流 信號為火花機脈沖電源的電壓、電流信號，通過對電加工時電壓、電流信號的監(jiān)控，可以了 解加工時兩極間脈沖放電的機理，對有異常的放電情況可以早發(fā)現(xiàn)早處理；溫度信號為工 作液的溫度信號，通過對工作液溫度的監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)大幅溫度上升現(xiàn)象，從而防止事 故的發(fā)生；液位信號為工作液的液位信號，通過該信號的監(jiān)測提醒工作人員及時補充加工 液。這四個參數(shù)的實時監(jiān)控對火花機的運行實況、故障診斷和使用壽命有著十分重要的意 義。由于國內(nèi)的火花機設(shè)備研宄比較晚，已經(jīng)生產(chǎn)出來的火花機設(shè)備沒有集電壓、電流、溫 度、液位于一體化，但是火花機越來越復(fù)雜的故障卻對實時監(jiān)控有了迫切的需求，考慮到火 花機設(shè)備的成本較大，所以在現(xiàn)有的設(shè)備上增加外設(shè)的監(jiān)控單元系統(tǒng)就顯得很有必要。
[0004] 經(jīng)檢索，沒有針對電壓、電流、溫度、液位一體數(shù)字化的火花機實時監(jiān)控系統(tǒng)?，F(xiàn)有 的火花機設(shè)備有自帶的電壓電流儀表，該儀表為表盤式模擬指針式儀表，靈敏度低，讀數(shù)不 方便。此外火花機設(shè)備沒有對加工液液位的檢測，對于溫度僅僅是通過一個熱繼電器做溫 度上限的報警切斷，并沒有對運行時的溫度檢測。針對如何實現(xiàn)火花機在線運行參數(shù)的實 時監(jiān)控，其關(guān)鍵的難點在于如何實現(xiàn)監(jiān)控的實時性和較高的測量精度。目前公開的技術(shù)方 案均無法滿足火花機在線運行參數(shù)的實時監(jiān)控要求，尤其是其檢測的精度無法達(dá)到火花機 監(jiān)控的需求，急需研宄實時性好、精度高的火花機在線運行參數(shù)實時監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法。
[0005] 關(guān)于火花機的狀態(tài)檢測的技術(shù)方案，中國專利申請?zhí)?01110133154. 4,申請日為 2011年5月23日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為：電火花線切割加工間隙放電狀態(tài)檢測裝置與方法，該 申請案中裝置的差分采樣模塊通過信號傳輸電纜與電火花機床的兩極相連，差分采樣模塊 的信號輸出端與閾值比較模塊的信號輸入端連接，閾值比較模塊的信號輸出端與光電隔離 模塊的信號輸入端連接，CPLD狀態(tài)判別和處理模塊的第一信號輸入端與光電隔離模塊的信 號輸出端連接，CPLD狀態(tài)判別和處理模塊的信號輸出端通過PCI104總線電纜與上位機的 信號輸入端連接，上位機的信號輸出端通過CPLD程序下載電纜與CPLD狀態(tài)判別和處理模 塊的第二信號輸入端連接。該申請案在一定程度上實現(xiàn)了電火花線切割加工機床的間隙脈 沖放電狀態(tài)檢測，但是，該申請案沒有涉及集電壓信號、電流信號、溫度信號、液位信號一體 的數(shù)字化實時監(jiān)控系統(tǒng)，而且其檢測的精度也有待進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0007] 本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)火花機對部分運行參數(shù)無檢測，且在線運行參數(shù)監(jiān)控 的實時性和精度難以達(dá)到使用要求的不足，提供了一種火花機在線運行參數(shù)實時監(jiān)控系統(tǒng) 及其監(jiān)控方法。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，使用方便，反應(yīng)靈敏且精度高，尤其針對于火花機 對高精度溫度檢測的要求，設(shè)計了一種基于雙運放恒流源的三線制測溫電路，并將所檢測 信息通過CAN總線實時傳到上位機，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。
[0008] 2.技術(shù)方案
[0009] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
[0010] 其一，本發(fā)明的一種火花機在線運行參數(shù)實時監(jiān)控系統(tǒng)，包括采集終端、通信模塊 和上位機，所述的通信模塊包括內(nèi)置CAN控制器的微處理器模塊、光耦、CAN收發(fā)器、CAN總 線和CAN總線接口適配卡，其中：所述的CAN控制器的輸入輸出端與光耦的輸入輸出端相 連，所述的光親的輸入輸出端與CAN收發(fā)器的輸入輸出端相連，所述的CAN收發(fā)器與CAN總 線相連，所述的CAN總線通過CAN總線接口適配卡與上位機相連；所述的采集終端包括電源 模塊、顯示模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、溫度信號采集模塊、電壓信號采集模塊、電流信號采集模塊和 液位信號采集模塊，其中：所述的溫度信號采集模塊用于采集火花機工作液的溫度信號，所 述的電壓信號采集模塊、電流信號采集模塊分別用于采集火花機脈沖電源的電壓、電流信 號，所述的液位信號采集模塊用于采集火花機工作液的液位信號，上述的溫度信號采集模 塊、電壓信號采集模塊、電流信號采集模塊、液位信號采集模塊的輸出端均與AD轉(zhuǎn)換模塊 的輸入端相連;AD轉(zhuǎn)換模塊的輸出端接入內(nèi)置CAN控制器的微處理器模塊的輸入端，所述 的顯示模塊也與內(nèi)置CAN控制器的微處理器模塊相連，電源模塊給監(jiān)控系統(tǒng)供電。
[0011] 更進(jìn)一步地，所述的溫度信號采集模塊包括溫度傳感器、雙運放恒流源電路、2. 5V 穩(wěn)壓電路和信號放大電路，其中：所述的2. 5V穩(wěn)壓電路的輸出端與雙運放恒流源電路的輸 入端相連，所述的雙運放恒流源電路的輸出端與信號放大電路的輸入端相連，所述的溫度 傳感器的輸出端與信號放大電路的輸入端相連，所述的信號放大電路的輸出端與AD轉(zhuǎn)換 模塊的輸入端相連。
[0012] 更進(jìn)一步地，所述的電壓信號采集模塊包括電壓傳感器和分壓調(diào)理電路，所述的 電壓傳感器的輸入端與火花機脈沖電源的被測電壓信號相連，所述的電壓傳感器的輸出端 與分壓調(diào)理電路的輸入端相連，該分壓調(diào)理電路的輸出端與AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連。
[0013] 更進(jìn)一步地，所述的電流信號采集模塊包括電流傳感器和分壓調(diào)理電路，火花機 脈沖電源的被測電流的導(dǎo)線穿過電流傳感器的閉環(huán)，所述的電流傳感器與分壓調(diào)理電路的 輸入端相連，該分壓調(diào)理電路的輸出端與AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連。
[0014] 更進(jìn)一步地，所述的液位信號采集模塊包括液位傳感器和分壓調(diào)理電路，所述的 液位傳感器安裝在火花機工作液中，該液位傳感器的輸出端與分壓調(diào)理電路相連，所述的 分壓調(diào)理電路的輸出端與AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連。
[0015] 更進(jìn)一步地，所述的雙運放恒流源電路、2. 5V穩(wěn)壓電路和信號放大電路設(shè)置于測 控終端的測控板上，測控終端通過導(dǎo)軌安裝在火花機的外殼壁上，所述的溫度傳感器固定 在火花機工作液中；所述的溫度傳感器為三線制的PT1000,所述的2. 5V穩(wěn)壓電路包括限流 電阻RO和TL431，所述的雙運放恒流源電路包括運算放大器A1、運算放大器A2、加法器電阻 RU加法器電阻R2、加法器電阻R3、加法器電阻R4和參考電阻Rref，所述的信號放大電路包 括運算放大器A3、濾波電容Cl、濾波電容C2、濾波電容C3、濾波電容C4和電阻R5、電阻R6、 電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻RlO ;其中：
[0016] 所述的三線制的PT1000的三線分別為正端、負(fù)端1、負(fù)端2,三線制的PT1000的正 端通過信號放大電路的電阻R9、電阻RlO串聯(lián)接到運算放大器A3的輸出端，且正端接地； 三線制的PT1000的負(fù)端1通過電阻R6接信號放大電路中運算放大器A3的" + "端并通過 濾波電容C2接地，運算放大器A3的" + "端通過濾波電容C3接地；三線制的PT1000的負(fù)端 2通過信號放大電路的電阻R5、電阻R7接運算放大器A3的"端，且負(fù)端2通過濾波電容 Cl接地，運算放大器A3的"端通過濾波電容C4與電阻R8、電阻RlO先串聯(lián)后并聯(lián)后接 運算放大器A3的輸出端；
[0017] 所述的2. 5V穩(wěn)壓電路的12V通過限流電阻RO接TL431的一、三端，TL431的二端 接地；2. 5V穩(wěn)壓電路的輸出Vref通過加法器電阻R2接運算放大器Al的" + "端，運算放大 器Al的" + "端通過加法器電阻Rl接運算放大器A2的輸出端，運算放大器Al的端通 過加法器電阻R3接地并通過加法器電阻R4接其輸出端，運算放大器Al的輸出端通過參考 電阻Rref接運算放大器A2的" + "端，運算放大器A2的" + "端接信號放大電路中電阻R5 和電阻R7公共端，運算放大器A2的"端接運算放大器A2的輸出端；所述的信號放大電 路的運算放大器A3的輸出端接Vo接AD轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。
[0018] 其二，本發(fā)明的一種火花機在線運行參數(shù)實時監(jiān)控方法，其步驟為：
[0019] 步驟一：采集終端上電開始工作，溫度信號采集模塊采集火花機工作液的溫度信 號，電壓信號采集模塊、電流信號采集模塊分別采集火花機脈沖電源的電壓、電流信號，液 位信號采集模塊采集火花機工作液的液位信號，上述溫度信號采集模塊、電壓信號采集模 塊、電流信號采集模塊、液位信號采集模塊將采集到的信號送到AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，AD 轉(zhuǎn)換模塊對信號進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換，內(nèi)置CAN控制器的微處理器模塊定時讀取采樣轉(zhuǎn)換后的數(shù) 據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，存儲的數(shù)據(jù)經(jīng)過中值、均值濾波處理后，在顯示模塊上做溫度、電 壓、電流、液位信號顯示；
[0020] 步驟二：步驟一中