刺繡機電控箱智能監控裝置的製作方法

2023-05-19 07:41:01

專利名稱：刺繡機電控箱智能監控裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及工業多頭電腦刺繡機領域，特別是刺繡機電控箱的智能控制領域，具體是指一種刺繡機電控箱智能監控裝置，主要是涉及多傳感器數據融合技術在溫度自動調節與系統狀態監控中的應用。
背景技術：
隨著計算機技術以及智能控制理論的不斷發展和推廣，具有高自動化程度的電腦刺繡機已成為刺繡行業的主流。近年來，電腦刺繡機向高速高精度、刺繡功能多樣化的方向不斷發展，因此刺繡機電控系統越來越複雜，電控箱的集成度也越來越高。然而，刺繡機電控箱的監控方法卻並沒有隨之進行改進和完善。普通的刺繡機電控箱僅僅具有風扇散熱的功能，複雜一些的也只有簡單的LED電壓狀態顯示，這顯然無法滿足電控箱實時狀態監測、故障智能診斷和報警等需求。電腦刺繡機的電控箱內部一般包括三部分控制板卡、功率器件、電源，每一個部分的正常工作對刺繡機來說都是至關重要的(I)控制板卡是刺繡機電控系統的核心，它對電控箱內的溫度比較敏感，板卡上電子器件的使用壽命和穩定性與這個因素關係密切。
(2)電腦刺繡機的電控箱內一般都有很多大功率的功率器件，例如伺服驅動器、變頻器等，這些功率器件發熱量較大，如不能很好的控制電控箱內的溫度，會大大影響控制系統壽命及穩定性。另外，功率器件屬於強電系統，直接影響刺繡的質量和效率，如不能很好的監控其狀態，出現故障時，可能會影響刺繡品的質量問題，嚴重時可能會造成工業事故。(3)電源是保證系統正常工作的關鍵，電源的任何異常，都有可能造成系統的崩潰，如電壓波動、欠壓、過壓等。現在市場使用的電腦刺繡機的電控箱，一般都配有散熱風扇，但是風扇的控制基本上屬於開環控制，不能隨氣候、環境等的變化自適應調節速度來控制溫度，難以滿足節能減噪的要求；其次，電控箱內各個元器件的發熱是否異常，還沒有很好的監測和報警手段；另外普通刺繡機電控箱只具有一些基本的顯示功能，並且提示內容比較單一，並沒有一套完整的針對電腦刺繡機控制系統的電壓、電流、溫度、運行狀態等進行智能監控和診斷的電控系統。

實用新型內容本實用新型為了克服上述現有技術的不足，提供一種刺繡機電控箱智能監控裝置，能夠實時監測電控箱內部的狀態，並且根據採集的數據進行智能化狀態控制，必要時啟動系統報警和保護機制，從而保證整個電控箱的良好運行狀態。為實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案一種刺繡機電控箱智能監控裝置，其包括溫度測量及風扇調節模塊，用於實時採集電控箱內各點的溫度數據並控制風扇輸出；[0009]系統狀態監測模塊，用於進行電控箱內部器件的運行狀態監測、電源電壓波動監測以及緊急開關控制；智能控制模塊，其與所述的溫度測量及風扇調節模塊、系統狀態監測模塊連接，用於對所述的溫度測量及風扇調節模塊採集的溫度數據進行分析，相應作出改變風扇轉速或停轉處理；檢測到所述系統狀態監測模塊發送的狀況異常時，對報警和保護機制進行決策;人機互動及數據存儲模塊，其與所述的智能控制模塊連接，用於顯示當前電控箱的工作狀況，並在系統工作異常時發出警報信號。上述溫度測量及風扇調節模塊包括由至少兩個溫度傳感器組成的傳感器陣列以及風扇，溫度傳感器與風扇通過總線與所述智能控制模塊連接。上述系統狀態監測模塊設置有繼電斷路器，通過所述的智能控制模塊控制所述繼電斷路器的開關。上述智能控制模塊採用DSPIC晶片。上述的人機互動及數據存儲模塊設置有與所述的智能控制模塊相連的IXD、按鈕、LED指示燈以及蜂鳴器。上述人機互動及數據存儲模塊還設置有用於存儲系統狀態異常歷史信息的數據存儲器。採用上述技術方案後，本實用新型與現有的背景技術相比，具有如下優點I)解決了目前散熱風扇無法進行閉環控制的問題，溫度測量及風扇調節模塊會根據實際傳感器測量的數據，對風扇的速度進行控制，在不同的溫度狀態下，對風扇進行高速、低速、停止的切換，實現對風扇轉速調節的閉環控制，達到節能減噪的目的。2)具有較為精確的溫度測量體系，將多個傳感器分別安裝在幾個主要器件附近，能夠測量不同局部溫度的變化，從而作出更為準確的狀態監控。3)針對現有電控箱沒有對電控箱內主要功率器件進行狀態監控的問題，通過系統狀態監測模塊可以進行系統電壓監測、主軸變頻器狀態監測和驅動器狀態等監測，智能控制模塊根據內部和外部的電壓波動情況、電控箱內部器件的運行狀態，按照用戶預設的條件，可及時對緊急情況進行斷電停機保護，滿足了電控箱內部的實時狀態監測的需求。4)智能控制模塊的核心使用了具有代碼保護功能的DSPIC晶片，系統安全性強、可靠性高、運算速度快，並且採用了基於專家系統的智能控制算法，能夠智能化的對系統狀態進行監控、診斷和處理，大大提高了故障診斷的準確性，由此建立起了完整的針對電腦刺繡機控制系統的電壓、電流、溫度、運行狀態等進行智能監控和故障診斷的電控系統。5)具有良好的人機互動界面，可利用LED指示燈、蜂鳴器、LCD等手段對用戶進行報警和提示，同時提供了按鍵、USB接口，方便用戶查詢、記錄、導出數據等操作，克服了現有的刺繡機電控箱只具有簡單的LED電壓狀態顯示，提示功能單一的缺點。

圖1為刺繡機電控箱的結構示意圖；圖2為本實用新型刺繡機電控箱智能監控裝置結構框圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。如圖1所示的刺繡機電控箱的結構示意圖，刺繡機電控箱包括箱體10以及設置在箱體10內部的刺繡控制電路板、功率器件和電源，所述功率器件包括有X軸驅動器、Y軸驅動器以及變頻器，所述電源包括直流電源21和直流電源22，刺繡控制電路板和變頻器固定在箱內的支架20上，所述箱體上還設置有散熱百葉窗13。圖2示出了本實用新型刺繡機電控箱智能監控裝置的結構框圖，刺繡機電控箱智能監控裝置包括溫度測量及風扇調節模塊、系統狀態監測模塊、智能控制模塊以及人機互動及數據存儲模塊。其中，溫度測量及風扇調節模塊包括4個溫度傳感器和2個直流24V的風扇，其分布位置具體如圖1所示，風扇11與風扇12設置在所述箱體10上與散熱百葉窗相對的一側，所述溫度傳感器分別設置在所述箱體內的刺繡控制電路板、發熱量較大的各功率器件和電源的附近形成傳感器陣列，其中溫度傳感器I用於採集變頻器處的溫度，溫度傳感器2用於採集X軸驅動器與Y軸驅動器處的溫度，溫度傳感器3用於採集直流電源21與直流電源22處的溫度，溫度傳感器4用於採集刺繡控制電路板的溫度。通過設置多個溫度傳感器組成傳感器陣列，與只設置單一的溫度傳感器相比，能夠避免單一溫度傳感器無法智能測量機箱平均溫度，並且無法及時檢測各個主要發熱源溫度的問題。溫度傳感器採用TC72晶片，其測溫範圍為-55°C至+125°C，解析度為lObit，通過I2C總線與智能控制模塊連接，將實時採集的各點的溫度數據傳輸給所述智能控制模塊，所述智能控制模塊也通過總線與風扇連接，根據採集的溫度控制所述風扇11與風扇12的轉速，實現電控箱內的溫度實時調節，散熱百葉窗與風扇進氣口形成空氣對流，更有利於電控箱體內的散熱。智能控制模塊包括監控主板30 (見圖1)，所述監控主板30採用具有代碼保護功能的DSPIC晶片，進行多傳感器數據融合處理，具體為採用融合算法比較各個傳感器之間溫度的差異和幅值大小，計算各個傳感器溫度隨時間變化的趨勢，DSPIC晶片通過控制PWM佔空比控制放大驅動電路的電流來控制風扇的開關及調節轉速，對於絕對溫度較高，或者對於箱內溫度上升較快的情況下，則增加相對應的風扇的轉速；而對於絕對溫度較低，或者箱內溫度處於下降趨勢的情況下，則降低相對應的風扇的轉速甚至控制風扇停轉，由此來實現電控箱內溫度的實時閉環調節，並且也同時達到節能減噪的目的。系統狀態監測模塊，用於對X軸伺服驅動器狀態監測、Y軸伺服驅動器狀態監測、變頻器狀態監測、電源電壓波動監測以及緊急開關控制；其通過RS232通信協議獲得X軸伺服驅動器和Y軸伺服驅動器狀態，監測伺服驅動器是否出現例如過載保護、過壓保護、欠壓保護、過流保護、再生異常、指令脈衝異常、參數異常等多種類型的工作異常狀況；其還通過RS485通信協議獲得變頻器的工作狀態，監測變頻器是否出現加速中的過電流、減速中的過電流、電動機過負荷跳閘、緊急停止、通信故障、變流裝置異常等狀況；為了防止電壓出現的波動可能導致的刺繡系統不能正常工作，系統狀態監測模塊還以1024解析度的AD採樣獲得當前直流電源輸出的電壓值並檢測直流電源輸出電壓是否正確，系統狀態監測模塊將監測到的上述系統工作狀況發送至智能控制模塊。系統狀態監測模塊還設置有繼電斷路器，當智能控制模塊檢測到系統狀態監測模塊發送過來的系統狀態異常時，則智能控制模塊根據專家系統的智能控制算法來判斷如何處理故障，當檢測到比較嚴重的故障時，智能控制模塊會通過場效應管的導通或關閉來控制系統狀態監測模塊的繼電斷路器開或關，實現繼電斷路器的跳閘，保護整個監控系統的安全。智能控制模塊利用了專家系統的方法來實現智能控制，其將多個實際生產中遇到的故障實例進行規則式描述，從而建立起一個豐富的專家資料庫，並且此資料庫的數據可進行擴充。當接收到溫度、驅動器、變頻器、電壓等信息後，所述的智能控制模塊將會按照當前系統的狀態條件和已知信息，反覆匹配專家資料庫中的規則，從而得到狀態診斷的結果，根據診斷的結果，機箱控制系統會相應的作出改變風扇轉速、用戶報警提示、緊急關斷機器等處理。專家系統的方法將現有的故障診斷經驗轉化為規則，並對實際測量的數據進行規則匹配，提高了診斷的準確度，並且利用專家系統的智能算法對報警和保護機制進行決策，另外智能控制模塊還可以根據系統需要把相應的各系統狀態發送給刺繡機的主控系統，方便客戶導出系統狀態日誌。人機互動及數據存儲模塊包括帶有SPI通信接口和中文字庫的IXD (liquidcrystal display，液晶顯示器)、按鈕、LED指示燈、蜂鳴器以及數據存儲器；每次的系統異常信息和溫度信息都會存儲在所述數據存儲器中，用戶可通過LCD界面查看歷史的異常信息和溫度信息；刺繡機主控系統可以通過CAN-BUS獲得電控箱異常信息和溫度，方便系統的維護，為以後的在線故障診斷提供依據。IXD還會實時顯示當前電控箱不同位置的溫度，人機互動及數據存儲模塊設計有四個功能按鈕可以用來選擇想要查看的內容，同時提供了 USB接口輸出，方便用戶查詢、記錄、導出數據等操作，兩個LED指示燈和一個蜂鳴器用於報告當前電控箱的工作狀況，開機後，系統工作正常時，則綠色LED指示燈亮，紅色LED指示燈不亮；當系統異常，例如當溫度超過警戒值時，綠色LED指示燈滅，紅色LED指示燈亮，並且蜂鳴器發出報警聲。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
權利要求1.一種刺繡機電控箱智能監控裝置，其特徵在於包括溫度測量及風扇調節模塊，用於實時採集電控箱內各點的溫度數據並控制風扇輸出； 系統狀態監測模塊，用於進行電控箱內部器件的運行狀態監測、電源電壓波動監測以及緊急開關控制；智能控制模塊，其與所述的溫度測量及風扇調節模塊、系統狀態監測模塊連接，用於對所述的溫度測量及風扇調節模塊採集的溫度數據進行分析，相應作出改變風扇轉速或停轉處理；檢測到所述系統狀態監測模塊發送的狀況異常時，對報警和保護機制進行決策；人機互動及數據存儲模塊，其與所述的智能控制模塊連接，用於顯示當前電控箱的工作狀況，並在系統工作異常時發出警報信號。
2.根據權利要求1所述的刺繡機電控箱智能監控裝置，其特徵在於所述溫度測量及風扇調節模塊包括由至少兩個溫度傳感器組成的傳感器陣列以及風扇，溫度傳感器與風扇通過總線與所述智能控制模塊連接。
3.根據權利要求1或2所述的刺繡機電控箱智能監控裝置，其特徵在於所述系統狀態監測模塊設置有繼電斷路器，通過所述 的智能控制模塊控制所述繼電斷路器的開關。
4.根據權利要求1所述的刺繡機電控箱智能監控裝置，其特徵在於所述智能控制模塊採用DSPIC晶片。
5.根據權利要求1或2所述的刺繡機電控箱智能監控裝置，其特徵在於所述的人機互動及數據存儲模塊設置有與所述的智能控制模塊相連的LCD、按鈕、LED指示燈以及蜂鳴器。
6.根據權利要求5所述的刺繡機電控箱智能監控裝置，其特徵在於所述人機互動及數據存儲模塊還設置有用於存儲系統狀態異常歷史信息的數據存儲器。
專利摘要本實用新型公開了一種刺繡機電控箱智能監控裝置，包括用於實時採集電控箱內各點的溫度數據並控制風扇輸出的溫度測量及風扇調節模塊；進行電控箱內部器件的運行狀態監測、電源電壓波動監測以及緊急開關控制的系統狀態監測模塊；用於對溫度測量及風扇調節模塊採集的溫度數據進行分析，作出改變風扇轉速或停轉處理，檢測到系統狀態異常時對報警和保護機制進行決策的智能控制模塊；用於顯示當前電控箱工作狀況，存儲系統異常信息和溫度信息，在系統工作異常時發出警報信號的人機互動及數據存儲模塊。本實用新型可實時監測電控箱內部的狀態，採用自動啟動系統報警和保護機制，實現了對刺繡機電控箱的智能控制。
文檔編號D05C13/02GK202881665SQ20122054542
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月23日 優先權日2012年10月23日
發明者左巍, 白召強 申請人:深圳思瑞普科技有限公司