基于物聯(lián)網(wǎng)的離散機(jī)械加工設(shè)備能效獲取方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及智能車間管理技術(shù)，具體涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的離散機(jī)械加工設(shè)備能 效獲取方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 進(jìn)入21世紀(jì)以來，工業(yè)得到快速的發(fā)展，尤其信息技術(shù)的快速發(fā)展和普及應(yīng)用， 信息化與工業(yè)化融合不斷引領(lǐng)生產(chǎn)方式的新變革，正成為一種創(chuàng)新型的資源配置方式，成 為社會(huì)發(fā)展的不竭動(dòng)力。尤其對(duì)于現(xiàn)代信息化綠色生產(chǎn)，進(jìn)行節(jié)能排產(chǎn)和優(yōu)化生產(chǎn)已成為 制造活動(dòng)一個(gè)重要的發(fā)展方向。其中，實(shí)時(shí)獲取離散機(jī)械加工設(shè)備的能效對(duì)于分析設(shè)備加 工能力進(jìn)而資源配置是有著重要的意義。然而相對(duì)于流程制造，離散制造的生產(chǎn)過程相當(dāng) 復(fù)雜，生產(chǎn)實(shí)時(shí)跟蹤難度大，設(shè)備自動(dòng)化水平低，生產(chǎn)數(shù)據(jù)繁雜等。這些特點(diǎn)都阻礙了離散 機(jī)械加工設(shè)備能效的實(shí)時(shí)獲取。如何實(shí)時(shí)獲取離散機(jī)械加工設(shè)備的能效進(jìn)而合理地排產(chǎn)， 降低企業(yè)生產(chǎn)成本是值得研宄的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述問題，提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的離散機(jī)械加工設(shè)備能效 獲取方法及系統(tǒng)，將車間現(xiàn)場(chǎng)的離散機(jī)械加工設(shè)備基于加工零件的實(shí)時(shí)能效計(jì)算出來并存 儲(chǔ)到后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理系統(tǒng)與離散機(jī)械加工設(shè)備能效信息的共享。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：本發(fā)明根據(jù)加工設(shè)備服役過程特點(diǎn)建立了主傳動(dòng)系統(tǒng)的 能量模型：
[0005] Ein - Es+Eu+Em+Eb
[0006] Ein為零件加工過程中，設(shè)備主傳動(dòng)系統(tǒng)的輸入能量，E s為啟動(dòng)時(shí)段的能量消耗，E " 空載時(shí)段的能量消耗，EM為零件加工時(shí)段的能量消耗，E B為間停時(shí)段的能量消耗；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于物聯(lián)網(wǎng)的離散機(jī)械加工設(shè)備能效獲取方法，其特征是：根據(jù)加工設(shè)備服役過程 特點(diǎn)建立主傳動(dòng)系統(tǒng)的能量模型： Ein - Es+Eu+Em+Eb Ein為零件加工過程中，設(shè)備主傳動(dòng)系統(tǒng)的輸入能量，Es為啟動(dòng)時(shí)段的能量消耗，E u空載 時(shí)段的能量消耗，Em為零件加工時(shí)段的能量消耗，E B為間停時(shí)段的能量消耗；
Eb= 0， B1是服役過程中加工時(shí)段的載荷一次系數(shù)，a 2是服役過程中加工時(shí)段的載荷二 次系數(shù)，Pu為設(shè)備的空載功率，Pin(t)是某服役過程中加工時(shí)段的功率，其表達(dá)式為： &(〇 =乓+O1Pe⑷⑷；tM為設(shè)備加工某個(gè)零件的時(shí)間，t "為設(shè)備空載時(shí)間。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的離散機(jī)械加工設(shè)備能效獲取方法，其特征是：
其中Qs為機(jī)床當(dāng)天的啟動(dòng)次數(shù)，Q u為機(jī)床當(dāng)天的空載次數(shù)，Q M為機(jī)床當(dāng)天的加工零件 數(shù)；
Mz(t)為測(cè)得的扭矩，n為主軸轉(zhuǎn)速； 對(duì)于載荷一次系數(shù)％和載荷二次系數(shù)a 2的獲取通過車間物聯(lián)網(wǎng)信息架構(gòu)建立線性回 歸方程，在相同主軸轉(zhuǎn)速下制定切削用量不同的多個(gè)加工方案，測(cè)出多組Pin(t)與PJt)值 建立含k個(gè)方程的方程組
其中，9 =旯-瓦=4, xi= pc，pc= (pd，…，pJt，瓦=a2, X1=P/，€=的，…，iS)'
按式f3=(X' Xr1X' Y求解，得到該主軸轉(zhuǎn)速下的載荷系數(shù)a^a2，同時(shí)在其他主 軸轉(zhuǎn)速下獲取相應(yīng)的載荷系數(shù)，并進(jìn)行擬合得到(Iii)、a2 (r〇，其中Iii是設(shè)備主軸調(diào)節(jié)檔 數(shù)為i時(shí)的轉(zhuǎn)速。
3. 基于物聯(lián)網(wǎng)的離散機(jī)械加工設(shè)備能效獲取系統(tǒng)，其特征是，包括：RFID標(biāo)簽、手持式 標(biāo)簽閱讀器、串口服務(wù)器、工業(yè)交換機(jī)、控制臺(tái)計(jì)算機(jī)、扭矩傳感器，智能扭矩儀、zigbee節(jié) 點(diǎn)、zigbee中繼器、zigbee協(xié)調(diào)器；所述工業(yè)交換機(jī)分別連接串口服務(wù)器、控制臺(tái)計(jì)算機(jī)、 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器，組成局域網(wǎng)；所述RFID標(biāo)簽采用無源磁鐵式抗金屬標(biāo)簽，吸 附在待加工零件上，每個(gè)加工設(shè)備配置一個(gè)手持式標(biāo)簽閱讀器，并具有獨(dú)有的IP地址；當(dāng) 零件被運(yùn)送到加工設(shè)備機(jī)臺(tái)時(shí)，操作人員用手持式標(biāo)簽閱讀器對(duì)零件上的RFID標(biāo)簽進(jìn)行 讀取，并以WIFI形式發(fā)送信息到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器，進(jìn)而改變數(shù)據(jù)庫中零件的加 工信息； 在每臺(tái)加工設(shè)備的電源進(jìn)線處安裝一個(gè)智能電表，智能電表采用Modbus通信協(xié)議， 控制臺(tái)計(jì)算機(jī)作為主站，智能電表作為從站，所有通訊指令均由主站發(fā)出，從站接收通訊指 令，若判斷是發(fā)給自己的，則做出相應(yīng)的回應(yīng)；智能電表通過RS485雙絞線連接串口服務(wù) 器，串口服務(wù)器以TCP/IP協(xié)議接入局域網(wǎng)； 每臺(tái)加工設(shè)備安裝扭矩傳感器測(cè)量加工設(shè)備主軸的切削功率，扭矩傳感器連接智能扭 矩儀再連接Zigbee節(jié)點(diǎn)，扭矩傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)智能扭矩儀處理后通過Zigbee節(jié)點(diǎn)傳 輸?shù)絑igbee中繼器，再通過Zigbee協(xié)調(diào)器對(duì)扭矩傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯合整理后傳給控制 臺(tái)計(jì)算機(jī)，進(jìn)而上傳到數(shù)據(jù)庫中。
4. 如權(quán)利要求3所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的離散機(jī)械加工設(shè)備能效獲取系統(tǒng)，其特征是：作 為主站的控制臺(tái)計(jì)算機(jī)可單獨(dú)與作為從站的智能電表通信，也能以廣播方式和所有從站通 信；如果單獨(dú)通信，從站返回一消息作為回應(yīng)，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應(yīng)。
5. 如權(quán)利要求3所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的離散機(jī)械加工設(shè)備能效獲取系統(tǒng)，其特征是： 所述智能電表的數(shù)據(jù)表包括：智能電表的辨識(shí)號(hào)、加工設(shè)備的辨識(shí)號(hào)、采集數(shù)據(jù)時(shí)的系統(tǒng) 時(shí)間、加工設(shè)備電壓U、加工設(shè)備電流I ;首先測(cè)定加工設(shè)備的空載功率Pu，由低速到高 速，逐級(jí)統(tǒng)計(jì)智能電表的數(shù)據(jù)，在空載狀態(tài)下，設(shè)備總功率P n近似認(rèn)為是空載功率P 根 據(jù)數(shù)據(jù)庫中的智能電表數(shù)據(jù)表中的加工設(shè)備電壓U和加工設(shè)備電流I值，由Pu= P ? I 計(jì)算出Pu(Ii1), Pu(Ii2)-Pu(Iii),其中P u(Iii)表示在主軸轉(zhuǎn)速為Iii時(shí)設(shè)備的空載功率，將
6. 如權(quán)利要求3所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的離散機(jī)械加工設(shè)備能效獲取系統(tǒng)，其特征是：所 述扭矩傳感器的數(shù)據(jù)表包括：傳感器的辨識(shí)號(hào)、加工設(shè)備的辨識(shí)號(hào)、采集數(shù)據(jù)時(shí)的系統(tǒng)時(shí) 間、加工設(shè)備當(dāng)前的主軸扭矩、加工設(shè)備當(dāng)前的主軸轉(zhuǎn)速；根據(jù)主軸扭矩和主軸轉(zhuǎn)速求出加 工設(shè)備當(dāng)前的輸出功率P c^t)，即設(shè)備主軸的切削功率。
7. 如權(quán)利要求3所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的離散機(jī)械加工設(shè)備能效獲取系統(tǒng)，其特征是：所 述手持式閱讀器的數(shù)據(jù)表包括：閱讀器的辨識(shí)號(hào)、加工設(shè)備的辨識(shí)號(hào)、零件上吸附的標(biāo)簽辨 識(shí)號(hào)、零件辨識(shí)號(hào)、采集數(shù)據(jù)時(shí)的系統(tǒng)時(shí)間、零件的加工方向，所述零件的加工方向用奇數(shù) 表示開始加工，用偶數(shù)表示加工完成。
8. 如權(quán)利要求7所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的離散機(jī)械加工設(shè)備能效獲取系統(tǒng)，其特征是：閱 讀器的辨識(shí)號(hào)與IP地址綁定起來，將讀取的數(shù)據(jù)通過無線WIFI方式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫服務(wù)器 和應(yīng)用服務(wù)器，通過對(duì)IP地址進(jìn)行解析，判斷是哪一個(gè)閱讀器傳送過來的數(shù)據(jù)，進(jìn)而判斷 是哪一臺(tái)加工設(shè)備。
9. 如權(quán)利要求7所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的離散機(jī)械加工設(shè)備能效獲取系統(tǒng)，其特征是：在 預(yù)備加工階段，在數(shù)據(jù)庫中將工序與加工設(shè)備的辨識(shí)號(hào)綁定，根據(jù)零件辨識(shí)號(hào)和加工設(shè)備 的辨識(shí)號(hào)能夠判斷該零件正在進(jìn)行的工序。
10. 如權(quán)利要求7所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的離散機(jī)械加工設(shè)備能效獲取系統(tǒng)，其特征是：根 據(jù)零件在某臺(tái)加工設(shè)備上的開始加工時(shí)間和結(jié)束加工時(shí)間計(jì)算出加工時(shí)間t M，同時(shí)根據(jù)上 一個(gè)零件工序結(jié)束加工時(shí)間和當(dāng)前零件的開始加工時(shí)間計(jì)算出設(shè)備空載時(shí)間t"。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的離散機(jī)械加工設(shè)備能效獲取方法及系統(tǒng)，總體內(nèi)容包括：離散機(jī)械加工設(shè)備的能效模型的建立、車間物聯(lián)感知平臺(tái)的搭建、能效基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫表格形式的定義、能效數(shù)據(jù)庫的建立與應(yīng)用。通過本發(fā)明所述的方案能夠?qū)④囬g現(xiàn)場(chǎng)的離散機(jī)械加工設(shè)備基于加工零件的實(shí)時(shí)能效計(jì)算出來并存儲(chǔ)到后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理系統(tǒng)與離散機(jī)械加工設(shè)備能效信息的共享。
【IPC分類】G06Q10-06
【公開號(hào)】CN104820899
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510246894
【發(fā)明人】王艷, 高云, 紀(jì)志成
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)
【公開日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年5月14日