用于数控雕刻机的远程状态监测及故障报警系统的制作方法

本实用新型涉及数控系统与IP网络系统集成技术领域，特别是涉及一种用于数控雕刻机的远程状态监测及故障报警系统。

背景技术：

数控技术的应用给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征。随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，稳定的控制系统可极大地提高生产效率，缩短生产周期并提高市场竞争能力。用于数控雕刻机的现有集成化控制系统只具有简单的状态检测功能，在设备发生故障时不能快速准确地判断故障原因，给设备厂商的检修工作带来了一定的难度，需浪费大量时间排查故障原因，也无法在出现故障报警时及时提醒不在现场的工作人员。另外，且雕刻机工作时产生的大量可燃粉尘以及刀尖产生的高温极易引起火灾事件的发生，如不能精确实时监测雕刻机的工作状态，极易造成事故发生，危及用户的人身安全，给用户带来巨大的经济损失。

目前作为数控雕刻机的底层硬件厂商众多，不同厂商的设备以及接口均不相同且不互相兼容。用于数控雕刻机的现有集成化控制系统仅能监控同一厂商的底层硬件，无法与不同厂商的底层硬件进行通讯，因此亟需提供一种通用的数控雕刻机状态监测及故障报警系统来解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种通用的用于数控雕刻机的远程状态监测及故障报警系统，能够实时精确监测雕刻机的工作状态，并将故障报警信息及时推送至用户终端。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种用于数控雕刻机的远程状态监测及故障报警系统，主要包括主控制器、与主控制器相连的通讯装置、稳压电源、报警装置、部署在远端的服务器、若干个传感器；

所述传感器主要包括温度传感器、烟雾传感器、电压传感器；

所述主控制器提供若干个通信接口，包括传感器信号接口、变频器信号接口、驱动器信号接口、上位机通信接口；

所述服务器与主控制器相互通信，并发送报警信息至用户终端。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述主控制器还包括AVR处理器、与AVR处理器相连的复位电路、DC-DC稳压电路、LED指示电路。

进一步的，所述复位电路包括复位按钮、电容C18、电阻R32、R27、二极管D5，电容C18的一端接地、另一端分别与AVR处理器的RESETN引脚及R32的一端相连，R32的另一端与复位按钮的一端相连，复位按钮的该端还与R27、D5的正极相连，R27与D5并联后与3.3V电压相连，复位按钮的该端通过一插接口与AVR处理器的第19—21引脚相连。

进一步的，所述AVR处理器与若干个通信接口之间设置有隔离保护电路。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述上位机通信接口为USB接口或RJ45接口，所用协议为USB串行通信协议或TCP/IP协议。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述通讯装置主要包括SIM/UIM卡槽、一个GSM/WCDMA/LTE天线接口、一个GPS/BDS天线接口、与主控制器连接的通信接口、复位信号接口。

进一步的，所述通讯装置与主控制器连接的通信接口为串行接口或以太网接口。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述温度传感器安装在数控雕刻机的主轴内，用于采集数控雕刻机的主轴温度，当主轴温度高于设定温度时，触发报警装置发出主轴温度报警信号。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述烟雾传感器安装在数控雕刻机Z方向的横梁上，用于采集数控雕刻机工作时产生可燃烟雾的浓度，当可燃烟雾浓度过高时触发报警装置发出报警。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型结构简单，成本较低，灵活性高，兼容性强，工作稳定，可广泛应用于市面的各种数控雕刻机上，减少了厂商进行故障排查的工作量及工作时间，提高了数控雕刻机的安全性能及使用寿命；

(2)所述主控制器提供多个通信接口，能够与数控雕刻机上的变频器、驱动器、上位机连接通信，实现变频器、驱动器的故障报警，同时能够与不同厂家的底层硬件进行通信；

(3)通过在数控雕刻机上设置多个传感器，能够精确获取底层设备的原始数据并进行处理，再发送给服务器进行综合分析以便查看，同时将故障报警信息实时推送至用户终端，实现数控雕刻机的状态远程监测及故障报警。

附图说明

图1是本实用新型系统一较佳实施例的结构框图；

图2是所述AVR处理器的电路图；

图3是所述主控制器的复位电路的电路图；

图4是所述DC-DC稳压电路的电路图；

图5是所述LED指示电路的电路图；

图6是USB接口电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本实用新型实施例包括：

一种用于数控雕刻机的远程状态监测及故障报警系统，主要包括主控制器、与主控制器相连的通讯装置、稳压电源、报警装置、部署在远端的服务器、若干个传感器。所述稳压电源为系统提供5—12V直流输出电源，所述报警装置采用报警铃，所述传感器主要包括温度传感器、烟雾传感器、电压传感器。所述主控制器包括AVR处理器、与AVR处理器相连的复位电路、DC-DC稳压电路、LED指示电路、隔离保护电路、USB接口电路，还提供若干个通信接口，包括传感器信号接口、变频器信号接口、驱动器信号接口、上位机通信接口，能够与数控雕刻机上的变频器、驱动器、上位机连接通信，实现变频器、驱动器的故障报警，同时能够与不同厂家的底层硬件进行通信。

所述通讯装置用于使主控制器与服务器联网通信，主要包括SIM/UIM卡槽、一个GSM/WCDMA/LTE天线接口、一个GPS/BDS天线接口、与主控制器连接的通信接口、复位信号接口。所述通讯装置支持GSM/WCDMA/LTE频段，由主控制器的DC-DC稳压电路供电，所述主控制器与提供GSM/WCDMA/LTE网络的通讯装置的通信接口为串行接口或以太网接口，通信协议为TTL协议，所用指令集为AT指令集。实际应用中，通过2.54mm连接器直接插在主控制器上面。

所述温度传感器安装于雕刻机主轴内，用于采集数控雕刻机的主轴温度，当主轴温度高于设定温度时，触发报警装置发出主轴温度报警信号。优选的，设定温度设置为80℃。烟雾传感器安装于雕刻机Z方向横梁上，与主轴同方向运动，用于采集数控雕刻机工作时产生可燃烟雾的浓度，当可燃烟雾浓度过高时触发报警装置发出报警。电压传感器安装于雕刻机控制柜内，用于检测雕刻机的工作电压，电压过低容易引起主轴过载，电压过高容易损坏设备，以上三个传感器均通过传感器信号接口与主控制器相连。其它变频器故障信号、驱动器故障信号、使雕刻机停止工作的限位信号与急停信号同理。

下面分别对主控制器及其它电路进行具体描述：

结合图2，所述AVR处理器作为中央处理器，采用Mega系列微控制器Mega328p，成本低、功耗低、性能高，通过接收系统各功能模块的原始数据进行处理，再发送指令至各功能模块。AVR处理器中烧录有数据采集/通信程序，并设置有一微信公众号，可与远程主机(服务器)的服务端程序进行交互。所述AVR处理器及其外围电路的电路元器件及连接关系如图2所示，与若干个通信接口之间可设置隔离保护电路，隔离保护电路可采用现有常规电路，实现AVR处理器输入信号的隔离保护作用。

在主控制器上设置有复位按钮、测试按钮。按下测试按钮，通过模拟故障发生来测试主控制器的外围端口的性能。结合图3，所述复位电路包括复位按钮、电容C18、电阻R32、R27、二极管D5，电容C18的一端接地、另一端分别与AVR处理器的RESETN引脚及R32的一端相连，R32的另一端与复位按钮的一端相连，复位按钮的该端还与R27、D5的正极相连，R27与D5并联后与3.3V电压相连，复位按钮的该端通过一插接口与AVR处理器的第19—21引脚相连。当+5V上电时，电容C18充电，在10K电阻R27上出现电压，使得MCU复位，几个毫秒后，电容C18充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得MCU进入工作状态。工作期间，按下RESET按钮，电容C18放电，在10K电阻R27上出现电压，使得MCU复位。松开RESET按钮，电容C18再次充电，几个毫秒后，MCU进入工作状态。

所述DC-DC稳压电路分别为主控制器、通讯装置供电，其电路元器件及连接关系如图4所示，包括一级滤波电路、一次降压电路、二次降压电路。

所述一级滤波电路包括电源接入端口X2、防浪涌二极管TVS2、二极管D2、抗干扰磁珠L1、极性电容C5，外部电源接口的正极PWRIN与电源接入端口X2的第2引脚相连，防浪涌二极管TVS2与二极管D2的正极并联后与电源接入端口X2相连，抗干扰磁珠L1的一端与二极管D2的负极串联、另一端与极性电容C5的正极并联。所述一级降压电路包括稳压器IC7、电阻R17—R20、极性电容PC4、C13、电容C15，所述稳压器IC7采用MPM3610，电阻R19并联在IC7的输入引脚VIN与使能引脚EN之间，R20的一端与IC7的AAM引脚相连、另一端接地，R17、R18与IC7的FB引脚并联，极性电容PC4与电容C15并联后与IC7的OUT引脚相连，极性电容C13的正极与IC7的OUT引脚相连、负极接地。所述二级降压电路包括稳压器IC6、电阻R9、R15—R16、极性电容PC3、C14、电容C4，所述稳压器IC6采用MPM3810GQB-33，电阻R9并联在IC6的输入引脚VIN与使能引脚EN之间，R15、R16与IC6的FB引脚并联，极性电容PC3、C14的正极与IC6的OUT引脚相连、负极接地，电容C14的一端与IC6的OUT引脚相连、另一端接地。稳压器IC7的输出引脚OUT与稳压器IC6的输入引脚VIN相连。

当外部电源正极PWRIN接入时，电流经过防浪涌二极管TVS2和抗干扰磁珠L1后，在电容C5处进行第一级滤波，然后进入稳压器IC7的输入引脚VIN，同时有一路旁路经过电阻R19限流后接入稳压器IC7的使能引脚EN，这时稳压器IC7开始工作，OUT输出+5V电压供外部IO使用，此为一次降压电路的工作原理。+5V电压经过C13、C15滤波后进入二级稳压电路进行二次降压，经过与上述同样的电路后在IC6的OUT引脚输出+3.3V电压供MCU使用。

结合图5，所述LED指示电路包括电源指示灯电路、状态指示灯电路。所述电源指示灯电路用于指示稳压电源的工作状态，包括相互串联的电阻R23、LED1，LED1的正极接3.3V电压，R23的另一端接地，LED1采用绿灯，灯亮时表示电源电压充足。所述状态指示灯电路用于指示系统的状态，包括依次串联的场效应管TR4、电阻R24、LED2，LED2的正极接3.3V电压，TR4是N7002场效应管，用于驱动LED，TR4的发射极接地，基极连接AVR处理器的SCK引脚，LED2采用黄灯，灯亮时表示系统出现故障，灯灭时表示系统工作正常。

所述主控制器与上位机的通信接口为USB接口或RJ45接口，所用协议为USB串行通信协议或TCP/IP协议。所述上位机为数控雕刻机的操作电脑。请参阅图6，USB接口电路的电路元器件及连接关系如图所示，包括USB插口、防浪涌保护二极管Z1、Z2、滤波磁珠L2、滤波磁珠F1、电容C12、极性电容C8、C11、电阻R1—R4、R21、R22、场效应管TR3。USB插口包括VUSB(电源)，D-(数据-)，D+(数据+)，ID(设备识别)，UGND(地)，ID引脚仅作为设备识别引脚，不参与通信，直接通过电阻R3与AVR处理器的第41引脚相连；D-，D+引脚为数据传输引脚，分别与AVR处理器的第33引脚、第34引脚连接，旁路经过防浪涌保护二极管Z1、Z2及滤波磁珠L2下拉到GND组成了ESD电路；VUSB作为辅助电源接口，当PA28_USB_HOST_EN不导通，运算放大器IC5没有输出，电源由USB或PWRIN供应，PA28_USB_HOST_EN导通时，IC5与TR3组成的比较电路将电源反向输出给VUSB，用于给USB设备供电。TR3的作用是为了防止在USB与外部电源双输入的情况下造成AVR处理器损坏。

与主控制器匹配使用的为所述服务器，作为运行商的虚拟云端，通过与主控制器联网后相互通信，并发送报警信息至用户终端。运行于服务器的后台程序使用Nodejs开发，采用MongoDB数据库、TCP/IP协议联网、MQTT协议与所述主控制器通信，包含一个微信公众号接口，在系统发生故障报警的同时向用户发送短信通知、或微信通知、或电话通知。所述后台程序包含一个Web前端管理界面，可以由最终用户访问，也可以由代理商访问。

所述主控制器在被报警信号触发持续5秒后报警铃将响起，同时将发送一条主轴温度报警消息到服务器。在服务器将报警消息转发并推送至用户微信后，如果用户在15秒内查看微信消息并回复解除报警，报警铃将停止响铃，若超过15秒没有收到回复，系统将拨打用户事先设定的手机号码，通过语音通知提醒用户设备名称、设备状态、报警类型、报警时间以及处理方法。若语音通知失败，用户无法接听或忙线或关机或不在服务区时，系统将呼叫第二报警号码，最多可设置三个语音通知号码。在触发报警后报警铃将一直工作直至用户在公众号中回复解除报警，也可通过主控制器面板上的解除报警按钮解除报警。除了主控制器的面板按钮可以操作外，用户还可以通过微信公众号查看更详细的设备运行状态、报警日志等。

本实用新型结构简单，成本较低，灵活性高，兼容性强，工作稳定，通过在数控雕刻机上设置多个传感器，能够精确获取底层设备的原始数据并进行处理，再发送给服务器进行综合分析以便查看，同时将故障报警信息实时推送至用户终端，实现数控雕刻机的状态远程监测及故障报警。该系统可广泛应用于市面的各种数控雕刻机上，减少了厂商进行故障排查的工作量及工作时间，提高了数控雕刻机的安全性能及使用寿命。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。