一种火花机在线运行参数实时监控系统及其监控方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于火花机运行参数检测技术领域，涉及一种火花机在线运行参数实时监 控系统及其监控方法，尤其是涉及到火花机电压、电流、温度、液位的在线检测，还应用到了 基于CAN协议的现场总线技术，完成多运行参数信号的实时传输。
【背景技术】
[0002] 火花机是一种机械加工设备，主要用于电火花加工。火花机广泛应用在各种金属 模具、机械设备的制造中，它是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀 除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工。
[0003] 火花机常监测的运行参数有电压信号、电流信号、温度信号、液位信号。电压、电流 信号为火花机脉冲电源的电压、电流信号，通过对电加工时电压、电流信号的监控，可以了 解加工时两极间脉冲放电的机理，对有异常的放电情况可以早发现早处理；温度信号为工 作液的温度信号，通过对工作液温度的监测，可以及时发现大幅温度上升现象，从而防止事 故的发生；液位信号为工作液的液位信号，通过该信号的监测提醒工作人员及时补充加工 液。这四个参数的实时监控对火花机的运行实况、故障诊断和使用寿命有着十分重要的意 义。由于国内的火花机设备研宄比较晚，已经生产出来的火花机设备没有集电压、电流、温 度、液位于一体化，但是火花机越来越复杂的故障却对实时监控有了迫切的需求，考虑到火 花机设备的成本较大，所以在现有的设备上增加外设的监控单元系统就显得很有必要。
[0004] 经检索，没有针对电压、电流、温度、液位一体数字化的火花机实时监控系统。现有 的火花机设备有自带的电压电流仪表，该仪表为表盘式模拟指针式仪表，灵敏度低，读数不 方便。此外火花机设备没有对加工液液位的检测，对于温度仅仅是通过一个热继电器做温 度上限的报警切断，并没有对运行时的温度检测。针对如何实现火花机在线运行参数的实 时监控，其关键的难点在于如何实现监控的实时性和较高的测量精度。目前公开的技术方 案均无法满足火花机在线运行参数的实时监控要求，尤其是其检测的精度无法达到火花机 监控的需求，急需研宄实时性好、精度高的火花机在线运行参数实时监控系统及监控方法。
[0005] 关于火花机的状态检测的技术方案，中国专利申请号201110133154. 4,申请日为 2011年5月23日，发明创造名称为：电火花线切割加工间隙放电状态检测装置与方法，该 申请案中装置的差分采样模块通过信号传输电缆与电火花机床的两极相连，差分采样模块 的信号输出端与阈值比较模块的信号输入端连接，阈值比较模块的信号输出端与光电隔离 模块的信号输入端连接，CPLD状态判别和处理模块的第一信号输入端与光电隔离模块的信 号输出端连接，CPLD状态判别和处理模块的信号输出端通过PCI104总线电缆与上位机的 信号输入端连接，上位机的信号输出端通过CPLD程序下载电缆与CPLD状态判别和处理模 块的第二信号输入端连接。该申请案在一定程度上实现了电火花线切割加工机床的间隙脉 冲放电状态检测，但是，该申请案没有涉及集电压信号、电流信号、温度信号、液位信号一体 的数字化实时监控系统，而且其检测的精度也有待进一步提高。
【发明内容】
[0006] 1.发明要解决的技术问题
[0007] 本发明的目的在于克服传统火花机对部分运行参数无检测，且在线运行参数监控 的实时性和精度难以达到使用要求的不足，提供了一种火花机在线运行参数实时监控系统 及其监控方法。采用本发明的技术方案，使用方便，反应灵敏且精度高，尤其针对于火花机 对高精度温度检测的要求，设计了一种基于双运放恒流源的三线制测温电路，并将所检测 信息通过CAN总线实时传到上位机，可以实现远程监控与管理。
[0008] 2.技术方案
[0009] 为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
[0010] 其一，本发明的一种火花机在线运行参数实时监控系统，包括采集终端、通信模块 和上位机，所述的通信模块包括内置CAN控制器的微处理器模块、光耦、CAN收发器、CAN总 线和CAN总线接口适配卡，其中：所述的CAN控制器的输入输出端与光耦的输入输出端相 连，所述的光親的输入输出端与CAN收发器的输入输出端相连，所述的CAN收发器与CAN总 线相连，所述的CAN总线通过CAN总线接口适配卡与上位机相连；所述的采集终端包括电源 模块、显示模块、AD转换模块、温度信号采集模块、电压信号采集模块、电流信号采集模块和 液位信号采集模块，其中：所述的温度信号采集模块用于采集火花机工作液的温度信号，所 述的电压信号采集模块、电流信号采集模块分别用于采集火花机脉冲电源的电压、电流信 号，所述的液位信号采集模块用于采集火花机工作液的液位信号，上述的温度信号采集模 块、电压信号采集模块、电流信号采集模块、液位信号采集模块的输出端均与AD转换模块 的输入端相连;AD转换模块的输出端接入内置CAN控制器的微处理器模块的输入端，所述 的显示模块也与内置CAN控制器的微处理器模块相连，电源模块给监控系统供电。
[0011] 更进一步地，所述的温度信号采集模块包括温度传感器、双运放恒流源电路、2. 5V 稳压电路和信号放大电路，其中：所述的2. 5V稳压电路的输出端与双运放恒流源电路的输 入端相连，所述的双运放恒流源电路的输出端与信号放大电路的输入端相连，所述的温度 传感器的输出端与信号放大电路的输入端相连，所述的信号放大电路的输出端与AD转换 模块的输入端相连。
[0012] 更进一步地，所述的电压信号采集模块包括电压传感器和分压调理电路，所述的 电压传感器的输入端与火花机脉冲电源的被测电压信号相连，所述的电压传感器的输出端 与分压调理电路的输入端相连，该分压调理电路的输出端与AD转换模块的输入端相连。
[0013] 更进一步地，所述的电流信号采集模块包括电流传感器和分压调理电路，火花机 脉冲电源的被测电流的导线穿过电流传感器的闭环，所述的电流传感器与分压调理电路的 输入端相连，该分压调理电路的输出端与AD转换模块的输入端相连。
[0014] 更进一步地，所述的液位信号采集模块包括液位传感器和分压调理电路，所述的 液位传感器安装在火花机工作液中，该液位传感器的输出端与分压调理电路相连，所述的 分压调理电路的输出端与AD转换模块的输入端相连。
[0015] 更进一步地，所述的双运放恒流源电路、2. 5V稳压电路和信号放大电路设置于测 控终端的测控板上，测控终端通过导轨安装在火花机的外壳壁上，所述的温度传感器固定 在火花机工作液中；所述的温度传感器为三线制的PT1000,所述的2. 5V稳压电路包括限流 电阻RO和TL431，所述的双运放恒流源电路包括运算放大器A1、运算放大器A2、加法器电阻 RU加法器电阻R2、加法器电阻R3、加法器电阻R4和参考电阻Rref，所述的信号放大电路包 括运算放大器A3、滤波电容Cl、滤波电容C2、滤波电容C3、滤波电容C4和电阻R5、电阻R6、 电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻RlO ;其中：
[0016] 所述的三线制的PT1000的三线分别为正端、负端1、负端2,三线制的PT1000的正 端通过信号放大电路的电阻R9、电阻RlO串联接到运算放大器A3的输出端，且正端接地； 三线制的PT1000的负端1通过电阻R6接信号放大电路中运算放大器A3的" + "端并通过 滤波电容C2接地，运算放大器A3的" + "端通过滤波电容C3接地；三线制的PT1000的负端 2通过信号放大电路的电阻R5、电阻R7接运算放大器A3的"端，且负端2通过滤波电容 Cl接地，运算放大器A3的"端通过滤波电容C4与电阻R8、电阻RlO先串联后并联后接 运算放大器A3的输出端；
[0017] 所述的2. 5V稳压电路的12V通过限流电阻RO接TL431的一、三端，TL431的二端 接地；2. 5V稳压电路的输出Vref通过加法器电阻R2接运算放大器Al的" + "端，运算放大 器Al的" + "端通过加法器电阻Rl接运算放大器A2的输出端，运算放大器Al的端通 过加法器电阻R3接地并通过加法器电阻R4接其输出端，运算放大器Al的输出端通过参考 电阻Rref接运算放大器A2的" + "端，运算放大器A2的" + "端接信号放大电路中电阻R5 和电阻R7公共端，运算放大器A2的"端接运算放大器A2的输出端；所述的信号放大电 路的运算放大器A3的输出端接Vo接AD转换模块进行AD转换。
[0018] 其二，本发明的一种火花机在线运行参数实时监控方法，其步骤为：
[0019] 步骤一：采集终端上电开始工作，温度信号采集模块采集火花机工作液的温度信 号，电压信号采集模块、电流信号采集模块分别采集火花机脉冲电源的电压、电流信号，液 位信号采集模块采集火花机工作液的液位信号，上述温度信号采集模块、电压信号采集模 块、电流信号采集模块、液位信号采集模块将采集到的信号送到AD转换模块的输入端，AD 转换模块对信号进行采样转换，内置CAN控制器的微处理器模块定时读取采样转换后的数 据，并对数据进行存储，存储的数据经过中值、均值滤波处理后，在显示模块上做温度、电 压、电流、液位信号显示；
[0020] 步骤二：步骤一中