专利名称：普通机床有效工作时间记录仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子产品，尤其是一种能够记录各种机床有效工作时间的记录 仪。
背景技术：
机床设备的日常检查、维修及维护是制造企业的重要基础工作。由于缺乏机床工 作时间等原始数据，致使制造企业的维修工作都属于事后维修，日常维护工作都是依据经 验进行，缺乏量化的依据，使设备得不到良好的维修维护。此外，详细掌握机床的工作时间， 了解每台机床的设备利用率，有助于企业进行详细的生产计划及排产计划，提高设备利用 率，从而提高生产效率。目前，市场上尚未有机床有效工作时间记录仪及相类似的产品。通过对专利库的 搜索发现“实动时间记录仪”(公开号CN87105826)与本产品功能相近，但实现方法和原理 不同。该专利针对金属切(磨)削机械、压力冲击机械以及焊接机械三类，采用不同的方法 记录设备的实动时间。对金属切(磨)削机械，其实现原理是通过在刀具驱动轴上安装偏 心环，通过偏心环的转动推动带有磁块的推杆做往复直线运动，由于磁块位置的变化会使 得电路中的左右两个干簧管分别导通和断开，并通过后续的信号处理，实现机床工作时间 的记录；对压力冲击机械，在设备操作控制键上安装中间继电器，通过中间继电器的导通和 断开判断设备是否工作；对于焊接类机械，则通过感应线圈检测线路中是否存在电流来判 断设备是否工作。这一专利在一定条件下可以实现对某些机床等设备工作时间的记录，但 无法实现对机床工作时间和有效工作时间的区分，对于车床等刀具不转动的机床设备则无 能为力。
发明内容
为了克服现有技术无法实现对机床工作时间和有效工作时间的区分并且通用性 不强的不足，本发明提供一种普通机床有效工作时间记录仪，该记录仪可以感知普通机床 及大型机床的工作状态变化，能够区分出机床停机、待机或有效工作等不同的状态，记录下 机床的有效工作时间和待机时间。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括传感器、数据调理采集模块、控 制模块、显示模块、数据传输模块、万年历模块和看门狗模块。其中，传感器为采用电流互感 原理、霍尔原理等任一种可感知机床电流变化的电流传感器，具体传感器类型可根据机床 的类型以及不同类型机床的工作状态和检测方法确定。通过该传感器感知机床待机电流和 工作电流的变化，然后通过数据调理采集模块接收来自传感器的电信号，再对该信号进行 前置滤波、隔离、放大或衰减、抗混叠滤波和模数转换成为数字电压信号，输入到控制模块 中；在控制模块中，按照机床的工作电流和待机电流大小，为该机床设定工作电压阈值和待 机电压阈值。控制模块将来自数据调理采集模块的数字电压信号与预设的工作电压阈值和 待机电压阈值进行比较，判定机床的工作状态。通过区分机床的工作状态即可得到机床的有效工作时间、待机时间以及开关机时间；所述的显示模块用于接收来自控制模块的机床 有效工作时间和待机时间并加以显示；所述的数据传输模块接收来自控制模块的机床有效 工作时间数据，并将这一数据通过网络接口传送到上位计算机中；所述万年历模块为任一 种能够提供时间基准的万年历芯片，其目的是给控制模块提供工作时间基准，保证所记录 机床有效工作时间的准确性；所述的看门狗模块为可编程看门狗定时器，正常工作时，控制 模块会以一个固定的时间间隔对看门狗定时器的寄存器进行写操作，当控制模块因为系统 错误而出现运行失控时，会停止对看门狗定时器寄存器的写操作，此时，看门狗模块可在自 身的定时器的驱动下向控制模块发出复位信号，使得控制模块能够重新正常运行。所述的控制模块包括对比单元、计时单元和存储单元，其中对比单元是把数据调 理采集模块所传输的数字电压信号与工作电压阈值和待机电压阈值进行对比，当数字电压 信号大于工作电压阈值时，机床处于工作状态；当数字电压信号小于工作电压阈值并且大 于待机电压阈值时，机床处于待机状态；当数字电压信号小于待机电压阈值时，表示机床处 于停机状态；所述的计时单元用于记录对比单元输出的机床有效工作时间和待机时间，并 传输至存储单元，由存储单元存储机床的有效工作时间、待机时间以及开关机时间。所述的数据传输模块通过网络接口将安装在不同机床上的有效时间记录仪与上 位计算机相连，这样上位计算机就能够集中的控制和管理网络里的所有有效工作时间记录 仪，实时动态地了解每一台机床的工作状况，并对从有效时间记录仪接收过来的数据进行 汇总。另外，不同类型的机床会用到不同型号的传感器以及不同的控制参数，如工作电压阈 值和待机电压阈值，这些控制参数可由上位计算机统一设置，以方便管理。这里的网络接口 可以是通过安装CAN总线、网线、电话线、串口、并口或是无线网络传输等各种网络接口。本发明的有益效果是该记录仪可以感知普通机床及大型机床，如车床、铣床、刨 床、磨床、镗床等设备的工作状态变化，能够区分出机床停机、待机或有效工作等不同的状 态，记录下机床的有效工作时间和待机时间，为企业计算机床使用效率、产品加工工时、机 床累计工作时间、机床维修时间预测等工作提供数据。通过网络接口，可以和网络管理中心 计算机构成一个完整的网络化机床工作状态监控系统。管理人员可以通过中心计算机可 以实时动态地了解每一台机床的工作状况，并对从有效时间记录仪接收过来的数据进行汇 总，有效提高管理效率和决策水平。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1有效时间记录仪的功能模块图
图2有效时间记录仪记录方法流程图
图3基于有效工作时间记录仪的机床工作状态网络化1f理方案图
图4基于有效工作时间记录仪的机床工作状态网络化1f理方法流程图
图5基于网络接口的数据传输流程图
图6传感器信号调理采集电路实例图
图7看门狗电路实例图
图8= CAN总线电路实例图
图9显示屏电路实例图
图10 铁电存储器电路实例图
具体实施例方式如图1所示，其为本发明的有效工作时间记录仪的功能模块图。所述的机床有效 工作时间记录仪10包括传感器101、数据调理采集模块102、控制模块103、显示模块104、 万年历模块105、看门狗模块106、数据传输模块107。所述的传感器101通过感知机床的电 流变化来感知机床工作状态的变化，并将机床的工作状态信息转化成相应的电信号；所述 的数据调理采集模块102用于采集传感器101的电信号并进行调理，调理方式包括滤波、信 号放大或缩小、模数转换等，最终将传感器的模拟电信号转化数字电信号，输入到控制模块 103中；所述的控制模块103包括对比单元1031、计时单元1032和存储单元1033。在所述 的对比单元1031中预设机床工作电压阈值和停机电压阈值，该阈值用于与从数据调理采 集模块102输出的电压值进行对比，判断机床是所处的工作状态，如有效工作状态、待机状 态以及停机状态。其中对比单元1031所预设的电压阈值可依据机床的具体型号进行个性 化设置；所述的计时单元1032依据对比单元1031输出的机床状态信息对机床的有效工作 时间和待机时间进行累计；所述的存储单元1033用于接收计时单元1032的机床有效工作 时间及待机时间数据，并进行存储。控制模块103可为一单片机；参照图1中所示，所述的显示模块104用于接收控制模块103的机床有效工作时 间及待机时间数据，并将数据显示在屏幕上；所述万年历模块105的目的是给控制模块103 提供时间基准，为控制模块103计算机床有效工作时间和待机工作时间提供依据，保证所 计算时间的准确性；所述的看门狗模块106是当控制模块103因为系统错误而出现运行失 控时，看门狗模块106可在自身的定时器的驱动下向控制模块103发出复位信号，使用控制 模块103能够重新正常运行。所述的数据传输模块107用于机床有效工作时间记录仪与上 位计算机之间网络通讯及数据传输管理。参照图2所示，其为本发明所述之有效工作时间记录仪记录方法流程图。当启动 机床时，该有效工作时间记录仪随之启动(步骤201)；然后开始采集来自传感器的输出信 号，并将信号调理成为数字电压信号(步骤202)；将调理后的数字电压值信号与预设的工 作电压阈值及待机电压阈值进行比较。如果电压值大于工作电压阈值(步骤203)，则表 明可机床为正常工作状态，则对机床的有效工作时间进行累计(步骤204)，显示模块显示 有效工作时间(步骤207)，同时存储模块存储机床有效工作时间数据(步骤208)；如果 电压值小于工作电压阈值(步骤203)，并且大于待机电压阈值(步骤205)，则表明机床处 于待机状态，则对机床的待机时间进行累计(步骤206)，显示模块显示机床待机时间(步 骤207)，同时存储模块存储机床待机时间数据(步骤208)；如果电压值小于待机电压阈值 (步骤203)，则表明机床处于停机状态，此时机床有效工作时间记录流程结束。当机床处于 正常工作和待机状态时，有效工作时间记录仪连续采集机床传感器的输出信号，并对机床 的有效工作时间及待机工作时间进行连续记录。如图3为基于有效工作时间记录仪的机床工作状态网络化管理方案图。其中，上 位计算机12、网络总线13、有效工作时间记录仪10、机床11。所述的机床有效时间记录仪 10安装在机床11上。所述的上位计算机12通过网络总线13与多个机床有效时间记录仪 10连接，形成一个局域网络。在该局域网络中，为每个有效工作时间记录仪10分配不同的IP、ID或编码，这样就可以实现有效时间记录仪与机床一一对应。上位计算机12通过识别 有效时间记录仪的IP地址、ID或编码就可以区分和识别每一部机床有效工作时间记录仪 10和每一台机床11。当企业需要汇总机床有效工作时间数据时，可基于上位计算机12，通 过网络总线13，直接读取各机床有效工作时间记录仪10所记录的各机床11的有效工作时 间信息、待机时间信息以及开关机时间；同时，通过网络总线13，企业管理人员可以基于上 位计算机，对各机床有效时间记录仪的工作电压阈值和待机电压阈值等参数进行统一的设 置和管理。参照图4所示，其为基于有效工作时间记录仪的机床工作状态网络化管理方法流 程图。开始，系统首先进行网络接口进行初始化(步骤401)；初始化完成以后，系统按照有 效工作时间记录仪的顺序，逐一采集每台机床的有效工作时间数据。对于选定的当前有效 时间记录仪，首先检测记录仪工作是否正常(步骤402)；若记录仪存在故障，则记录当前故 障信息，并选择下一个记录仪(步骤403)，返回记录仪工作状态检测步骤(步骤402)。如果 当前有效时间记录仪工作正常，则可通过网络接口采集当前机床的有效工作时间数据(步 骤404)；然后，判断所有机床信息采集是否完成(步骤405)。如还未完成，则选择下一个有 效工作时间记录仪(步骤406)，并返回记录仪工作状态检测步骤(步骤402)。如果采集完 成，则可对所采集到的所有机床有效工作时间数据进行汇总、分析和处理(步骤407)，分析 结果送到显示器进行显示并对结果数据进行存储(步骤408)。结合图5所示，其为本发明基于网络接口的数据传输流程图。开始，首先分别对网 络端口和通信数据区进行初始化(步骤501、502)；接着判断所需要进行通信连接的网络端 口(步骤503)；通过该网络端口接收来自上位计算机的握手信号(步骤504)，如果没有收 到来自上位计算机的握手信号(步骤505)，则返回步骤504，继续等待上位计算机的信号。 若接收到了来自上位计算机的握手信号(步骤505)，则开始通过网络端口向上位计算机发 送机床有效工作时间数据(步骤506)。有效工作时间记录仪以报文等数据结构形式发送机 床有效工作时间数据。每帧报文信息结构包含了报头、报尾、以及机床有效工作时间记录仪 的IP地址、ID或编码，以及开关机时间、待机时间、有效工作时间等数据信息。最后判断数 据发送是否完毕(步骤507)，如果数据没有发送完毕就返回步骤506继续发送数据。参照图6所示，其为传感器电信号调理采集模块的电路实例图；参照图7所示，其 为看门狗电路实例图；参照图8所示，其为基于CAN总线网络接口的数据传输电路实例图； 参照图9所示，其为有效工作时间记录仪显示屏及其驱动电路实例图；参照图10所示，其为 铁电存储器电路实例图。
权利要求
普通机床有效工作时间记录仪，包括传感器、数据调理采集模块、控制模块、显示模块、数据传输模块、万年历模块和看门狗模块，其特征在于传感器为电流传感器，感知机床待机电流和工作电流的变化，然后通过数据调理采集模块接收来自传感器的电信号，再对该信号进行前置滤波、隔离、放大或衰减、抗混叠滤波和模数转换成为数字电压信号，输入到控制模块中；控制模块按照机床的工作电流和待机电流大小，为该机床设定工作电压阈值和待机电压阈值；控制模块将来自数据调理采集模块的数字电压信号与预设的工作电压阈值和待机电压阈值进行比较，判定机床的工作状态；通过区分机床的工作状态即可得到机床的有效工作时间、待机时间以及开关机时间；所述的显示模块用于接收来自控制模块的机床有效工作时间和待机时间并加以显示；所述的数据传输模块接收来自控制模块的机床有效工作时间数据，并将这一数据通过网络接口传送到上位计算机中；所述万年历模块为控制模块提供工作时间基准；所述的看门狗模块为可编程看门狗定时器，正常工作时，控制模块会以一个固定的时间间隔对看门狗定时器的寄存器进行写操作，当控制模块因为系统错误而出现运行失控时，会停止对看门狗定时器寄存器的写操作，此时，看门狗模块可在自身的定时器的驱动下向控制模块发出复位信号，使得控制模块能够重新正常运行。
2.根据权利要求1所述的普通机床有效工作时间记录仪，其特征在于所述的控制模 块包括对比单元、计时单元和存储单元，其中对比单元是把数据调理采集模块所传输的数 字电压信号与工作电压阈值和待机电压阈值进行对比，当数字电压信号大于工作电压阈值 时，机床处于工作状态；当数字电压信号小于工作电压阈值并且大于待机电压阈值时，机床 处于待机状态；当数字电压信号小于待机电压阈值时，表示机床处于停机状态；所述的计 时单元用于记录对比单元输出的机床有效工作时间和待机时间，并传输至存储单元，由存 储单元存储机床的有效工作时间、待机时间以及开关机时间。
3.根据权利要求1所述的普通机床有效工作时间记录仪，其特征在于所述的数据传 输模块通过网络接口将安装在不同机床上的有效时间记录仪与上位计算机相连。
全文摘要
本发明公开了一种普通机床有效工作时间记录仪，由传感器感知机床电流变化后通过数据调理采集模块输入到控制模块中；控制模块判定机床的工作状态，得到机床的有效工作时间、待机时间以及开关机时间，并通过显示模块加以显示，通过数据传输模块传送到上位计算机中；万年历模块为控制模块提供工作时间基准；看门狗模块在系统错误时，使得控制模块重新正常运行。本发明可以感知普通机床及大型机床的工作状态变化，能够区分出机床停机、待机或有效工作等不同的状态，记录下机床的有效工作时间和待机时间。
文档编号G07C3/00GK101944242SQ20101024931
公开日2011年1月12日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者史彦芳, 容建刚, 李洲洋, 谷文韬 申请人:西北工业大学