CN114371658B - 一种数控机床集成电柜控制方法、***、电子设备和可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种数控机床集成电柜控制方法、***、电子设备和可读存储介质，其包括初始化步骤和预警步骤；录入步骤：采集电机的运行数据信息并作为历史数据点存储；消噪处理运行数据信息，并基于电机运行状态对历史数据点进行分类；基于分类结果，提取标准运行数据特征于历史数据点，并将标准运行数据特征对应的历史数据点绘制为历史运行数据曲线；拟合预设时间范围内的多条历史运行数据曲线，并将拟合结果固化为参考曲线；预警步骤：采集电机当前的运行数据信息并作为当前数据点存储；拟合当前数据点并与参考曲线进行逐点偏差定位；基于预设定的阈值范围与偏差的关系输出控制信号。本申请具有提高配电柜使用安全的优点。

Description

一种数控机床集成电柜控制方法、***、电子设备和可读存储 介质

技术领域

本申请涉及电流检测的领域，尤其是涉及一种数控机床集成电柜控制方法、***、电子设备和可读存储介质。

背景技术

数控机床电气柜安装有机床强电控制的各种电气元器件，除了提供数控、伺服等弱电控制***的供电电源，以及各种短路、过载、欠压等电气保护外，主要在PLC输出接口与机床各类辅助装置的电气执行元件之间起桥梁作用。数控机床电气柜通常内置有报警功能，在内部的电流、电压超过预设范围值时即输出报警信号。但是，由于电柜的使用情况多样，除了过压过流之外也会产生错误的波形，目前的数控机床电气柜对其实现检测。

发明内容

为了能够实时判断波形是否失真，本申请提供一种数控机床集成电柜控制方法、***、电子设备和可读存储介质。

第一方面，本申请提供的一种数控机床集成电柜控制方法，采用如下的技术方案：

一种数控机床集成电柜控制方法，包括初始化步骤和预警步骤；

录入步骤：

采集电机的运行数据信息并作为历史数据点存储；

消噪处理运行数据信息，并基于电机运行状态对历史数据点进行分类；

基于分类结果，提取标准运行数据特征于历史数据点，并将标准运行数据特征对应的历史数据点绘制为历史运行数据曲线；

拟合预设时间范围内的多条历史运行数据曲线，并将拟合结果固化为参考曲线；

预警步骤：

采集电机当前的运行数据信息并作为当前数据点存储；

拟合当前数据点并与参考曲线进行逐点偏差定位；

基于预设定的阈值范围与偏差的关系输出控制信号。

通过采用上述技术方案，在初始化阶段对电机运行的电压、电流进行数据收集并存储，当对电机连续运行数据进行监控，按照设定的时间片段，对数据进行滤波、平滑等消噪处理后，按照时间流挖掘出电机在冷启动、加速、匀速、减速以及热平衡状态下加速、匀速、减速等电机运行状态下电压、电流的特征并在后台绘制相应曲线，随着电机连续运行时间的增加，不停的对这些特征和曲线进行修正，当累积达到一定时长后，固化这些特征和曲线作为之后的参考标准。

在正常工作过程中，将电机运行数据按照不断地实时拟合为折线或曲线，并基于各种标准运行数据特征对应的时间片段进行波形比较。比较的方法是与参考曲线进行逐点偏差定位，当偏差落在设定的阈值空间内则认为电机运行正常，当偶有数据点超出阈值时通过滤波算法滤除，当连续多点数据超出阈值范围时，判定电机运行存在异常风险，及时预计提示操作人员对电机运行环境进行检查确认。

由于电柜在各用户所需产生的波形并不相同，比如适用于甲用户的波形则对于乙用户是错误波形，通过该方案，能够对该用户生产环境中所需要的波形进行学习，以在后续基于学习的波形对实时波形进行判断是否失真，并在失真时输出控制信号以执行预警等操作等，有效提高了电柜的安全性能。

可选的，所述的拟合当前数据点并与参考曲线进行逐点偏差定位的步骤，包括：

实时读取当前数据点并生成到折线图中；

基于当前数据点的采集时序，依次读取运行数据曲线上与运行数据信息的对应点，并比较当前数据点与对应点的偏差大小。

通过采用上述技术方案，参考曲线是各工作状态下多条正常运行的电流电压曲线拟合而得的曲线，标准运行数据特征对应有起始点和终止点，能够方便地与折线图图形的起始点和终止点进行匹配，再将起始点和终止点之间的部分的各数据点进行对比。

可选的，所述的基于预设定的阈值范围与偏差的关系输出控制信号的步骤，包括：

判断误差是否位于预设的阈值范围内，若是则判断电机运行正常；若否则将该误差对应的当前数据点作为风险点，其中，风险点为电机超出阈值的数据点；

判断风险点后续的若干数据点是否均为风险点，若是则判断电机运行异常并输出控制信号；若否则基于滤波算法滤除以将该风险点滤除。

通过采用上述技术方案，由于电磁干扰等缘故，在进行电压电流检测时有时候会产生一定的噪点，通过该方法能够有效地滤去噪点，提取有效信息。

可选的，所述的运行数据为电压数据和电流数据。

可选的，所述分类的类别包括电机在冷启动、加速、匀速、减速以及热平衡状态下加速、匀速、减速的电机运行状态。

通过采用上述技术方案，不同的电机运行状态对应有不同的电压电流波形，需要根据分类对历史数据点进行聚类拟合。

第二方面，本申请提供的一种数控机床集成电柜的控制***，采用如下的技术方案：

一种数控机床集成电柜的控制***，包括：

ADC转换模块，用于进行电流转化以驱动电机；

控制模块，用于上述的数控机床集成电柜控制方法，处理运行数据信息并输出控制信号；

保护模块，用于接收控制信号并基于控制信号向外发出预警信息。

通过采用上述技术方案，ADC转化模块用于进行供能，控制模块对ADC模块的驱动电流进行数据收集，并基于上述的数控机床集成电柜控制方法进行处理和判断，得到相应的控制信号。保护模块基于不同的控制信号来执行不同的操作。

可选的，还包括初始化模块，所述初始化模块用于配置各模块初始参数以使各模块的能够进行通讯；

所述的保护模块包括：

一级预警单元，用于基于控制信号向初始化模块输出第一中止命令，以阻断各模块之间的通讯及各模块的工作；

二级预警单元，用于基于控制信号中止电机工作直至收到复位信号；

三级预警单元，用于基于控制信号向外发出预警信息，以提示操作人员可能存在运行异常状况。

通过采用上述技术方案，对预警设定了三层预警优先级，当第一级报警触发时，***必须断电重启重新初始化后才能继续运行，比如重新执行录入步骤，要求操作人员或设备维修人员必须对机床进行故障排除和检查；当第二级报警触发时，电机停止运行，要求操作人员或设备维修人员确认没有真实故障发生或不影响正常运行时，可进行报警复位操作，复位后***可继续运行；当第三级报警触发时，***向外发送预警信息，比如蜂鸣声，提示操作人员可能存在运行异常状况，请求操作人员确认运行环境无异常，不影响***继续运行。

可选的，所述控制模块包括录入模块和预警模块，所述录入模块包括：

第一采集单元，用于采集电机的运行数据信息并作为历史数据点存储；

分类单元，用于消噪处理运行数据信息，并基于电机运行状态对历史数据点进行分类；

绘图单元，用于基于分类结果，用于提取标准运行数据特征于历史数据点，并将标准运行数据特征对应的历史数据点绘制为历史运行数据曲线；

拟合单元，用于拟合预设时间范围内的多条历史运行数据曲线，并将拟合结果固化为参考曲线；

所述预警模块包括：

第二采集单元，用于采集电机当前的运行数据信息并作为当前数据点存储；

定差单元，用于拟合当前数据点并与参考曲线进行逐点偏差定位；

比较单元，用于基于预设定的阈值范围与偏差的关系输出控制信号。

第三方面，本申请提供的一种电子设备，采用如下的技术方案：

一种电子设备，其包括：

一个或多个处理器；

存储器；

一个或多个应用程序，其中所述一个或多个应用程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序配置用于：执行上述的数控机床集成电柜控制方法。

第四方面，本申请提供的一种计算机可读存储介质，采用如下的技术方案：

一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行如上的上述方法的计算机程序。

所述存储介质存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现：如上述的数控机床集成电柜控制方法。

附图说明

图1是本申请某一实施例中一种数控机床集成电柜的控制***的模块连接示意图。

图2是本申请某一实施例中录入步骤的程序框图。

图3是本申请某一实施例中预警步骤的程序框图。

具体实施方式

以下结合附图，对本申请作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。另外，本实施例中各步骤的标号仅为方便说明，不代表对各步骤执行顺序的限定，在实际应用时，可以根据需要各步骤执行顺序进行调整，或同时进行，这些调整或者替换均属于本发明的保护范围。

在以下描述中，为了解释的目的，阐述了很多具体细节，以便提供对发明构思的彻底理解。作为本说明书的一部分，本公开的附图中的一些附图以框图形式表示结构和设备，以避免使所公开的原理复杂难懂。为了清晰起见，实际具体实施的并非所有特征都有必要进行描述。此外，本公开中所使用的语言已主要被选择用于可读性和指导性目的，并且可能没有被选择为划定或限定本发明的主题，从而诉诸于所必需的权利要求以确定此类发明主题。在本公开中对“一个具体实施”或“具体实施”的提及意指结合该具体实施所述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个具体实施中，并且对“一个具体实施”或“具体实施”的多个提及不应被理解为必然地全部是指同一具体实施。

除非明确限定，否则术语“一个”、“一种”和“该”并非旨在指代单数实体，而是包括其特定示例可以被用于举例说明的一般性类别。因此，术语“一个”或“一种”的使用可以意指至少一个的任意数目，包括“一个”、“一个或多个”、“至少一个”和“一个或不止一个”。术语“或”意指可选项中的任意者以及可选项的任何组合，包括所有可选项，除非可选项被明确指示是相互排斥的。短语“中的至少一者”在与项目列表组合时是指列表中的单个项目或列表中项目的任何组合。所述短语并不要求所列项目的全部，除非明确如此限定。

本申请实施例公开一种数控机床集成电柜的控制***。参照图1，该控制***包括：ADC转换模块、通讯模块、控制模块、初始化模块和保护模块。

ADC转换模块用于动力电路连接以接收电力，并将交流电转化为直流电，以对电机进行供电。同时，ADC转换模块处理硬件电路采集电流、电压信息，将集成电柜实时的电流、电压数据通过相应的传感器以及模拟信号转数字信号芯片处理后的数据采集回来，并进行滤波算法，消噪算法处理，最终得到高精度的电流、电压数据以作为运行数据，并发送到控制模块，以对该数据进行实时监控。

通讯模块主要负责控制模块与ADC转换模块、控制模块与***显示器等模块之间进行通讯交互，采用定制化的高速串口通讯组件，实现高质量，大容量，高速率的串行通讯，对通讯数据传输的及时性，稳定性和准确性有极大的提高，波特率最高可达115200bit/s,采用奇偶校验方式，帧头帧尾添加校验数据位等手段来确保通讯数据质量，当出现数据错帧，错位时能够有效识别剔除，从而确保接收到的数据正确。此外，初始化模块用于配置各模块初始参数以使各模块的能够进行通讯。

控制模块通过通讯模块的作用通讯于ADC转换模块，用于处理运行数据信息并输出控制信号。当输入到控制模块的运行数据信息出现异常，则控制模块将会根据运行数据信息的数据异常情况，输出不同的控制信号到保护模块，以及时进入保护状态，或提醒操作员及时检查电机运行状态，或排除故障，以避免对***三相感应电机造成进一步损坏。

具体的，控制模块包括录入模块和预警模块。录入模块包括：

第一采集单元，用于采集电机的运行数据信息并作为历史数据点存储；

分类单元，用于消噪处理运行数据信息，并基于电机运行状态对历史数据点进行分类；

绘图单元，用于基于分类结果，用于提取标准运行数据特征于历史数据点，并将标准运行数据特征对应的历史数据点绘制为历史运行数据曲线；

拟合单元，用于拟合预设时间范围内的多条历史运行数据曲线，并将拟合结果固化为参考曲线。

预警模块包括第二采集单元、定差单元和比较单元。第二采集单元用于采集电机当前的运行数据信息并作为当前数据点存储。定差单元用于拟合当前数据点并与参考曲线进行逐点偏差定位。比较单元用于基于预设定的阈值范围与偏差的关系输出控制信号。基于该控制模块，能够通过执行一种数控机床集成电柜控制方法，以实时判断波形是否失真。

具体的，该方法包括初始化步骤和预警步骤。其中，录入步骤包括以下子步骤：

S1.采集电机的运行数据信息并作为历史数据点存储。

S2.消噪处理运行数据信息，并基于电机运行状态对历史数据点进行分类。分类的类别包括电机在冷启动、加速、匀速、减速以及热平衡状态下加速、匀速、减速的电机运行状态。

S3.基于分类结果，提取标准运行数据特征于历史数据点，并将标准运行数据特征对应的历史数据点绘制为历史运行数据曲线。

S4.拟合预设时间范围内的多条历史运行数据曲线，并将拟合结果固化为参考曲线。

预警步骤包括以下子步骤：

T1.采集电机当前的运行数据信息并作为当前数据点存储。

T2.拟合当前数据点并与参考曲线进行逐点偏差定位。

具体的，在一些实施例中，T2包括以下步骤：

T21.实时读取当前数据点并生成到折线图中。

T22.基于当前数据点的采集时序，依次读取运行数据曲线上与运行数据信息的对应点，并比较当前数据点与对应点的偏差大小。

参考曲线是各工作状态下多条正常运行的电流电压曲线拟合而得的曲线，标准运行数据特征对应有起始点和终止点，能够方便地与折线图图形的起始点和终止点进行匹配，再将起始点和终止点之间的部分的各数据点进行对比。

T3.基于预设定的阈值范围与偏差的关系输出控制信号。

具体的，在一些实施例中，T3包括以下步骤：

T31.判断误差是否位于预设的阈值范围内，若是则判断电机运行正常；若否则将该误差对应的当前数据点作为风险点，其中，风险点为电机超出阈值的数据点。

T32.判断风险点后续的若干数据点是否均为风险点，若是则判断电机运行异常并输出控制信号；若否则基于滤波算法滤除以将该风险点滤除。

在初始化阶段对电机运行的电压、电流进行数据收集并存储，对电机连续运行数据进行监控，按照设定的时间片段，对数据进行滤波、平滑等消噪处理后，再按照时间流挖掘出电机在冷启动、加速、匀速、减速以及热平衡状态下加速、匀速、减速等电机运行状态下电压、电流的特征并在后台绘制相应曲线，随着电机连续运行时间的增加，不停的对这些特征和曲线进行修正，当累积达到一定时长后，固化这些特征和曲线作为之后的参考标准。

在正常工作过程中，将电机运行数据按照不断地实时拟合为折线或曲线，并基于各种标准运行数据特征对应的时间片段进行波形比较。比较的方法是与参考曲线进行逐点偏差定位，当偏差落在设定的阈值空间内则认为电机运行正常，当偶有数据点超出阈值时通过滤波算法滤除，当连续多点数据超出阈值范围时，判定电机运行存在异常风险，及时预计提示操作人员对电机运行环境进行检查确认。

由于电柜在各用户所需产生的波形并不相同，比如适用于甲用户的波形则对于乙用户是错误波形，通过该方案，能够对该用户生产环境中所需要的波形进行学习，以在后续基于学习的波形对实时波形进行判断是否失真，并在失真时输出控制信号以执行预警等操作等，有效提高了电柜的安全性能。

保护模块用于接收控制信号并基于不同的控制信号向外发出不同的预警信息。具体的，保护模块包括一级预警单元、二级预警单元和三级预警单元。一级预警单元用于基于控制信号向初始化模块输出第一中止命令，以阻断各模块之间的通讯及各模块的工作。二级预警单元用于基于控制信号中止电机工作直至收到复位信号。三级预警单元用于基于控制信号向外发出预警信息，以提示操作人员可能存在运行异常状况。

保护模块具体主要是基于控制信号来处理***运行异常情况，当出现符合预设条件的异常情况时，及时向主程序发送中断请求，比如，控制模块可以基于不同的异常情况，输出不同的控制信号，比如输出第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号。对应的，保护模块对报警设定了三层报警优先级，当收到第一控制信号时，一级预警单元被触发，并向初始化模块发出第一中止指令，***必须断电重启重新初始化后才能继续运行，要求操作人员或设备维修人员必须对机床进行故障排除和检查。当收到第二控制信号时，二级预警单元触发时，控制电机停止运行，要求操作人员或设备维修人员确认没有真实故障发生或不影响正常运行时，输入复位信号，复位后***可继续运行。当收到第三控制信号时，三级预警单元被触发时，并发出预警信息，比如蜂鸣声，提示操作人员可能存在运行异常状况，请求操作人员确认运行环境无异常，不影响***继续运行。

本申请实施例中的数控机床集成电柜控制控制***的实施原理为：

当集成电柜开机时，首先启动主程序，主程序启动后即刻对通讯模块进行参数配置初始化，确保通讯连接状态正常，当通讯异常或连接不上时直接调用保护模块，输出预警信息，要求操作人员检查通讯连接及设定。

初始化模块对参数进行初始化，电机控制正常后，及时启用ADC模块功能。在初始化完成之前，电机控制输出信号均为高阻状态，不管上位下发的控制信号如何，均不允许输出电机控制信号。

当***正常运行时，一旦出现异常状态则触发中断，主程序即时调用保护模块，启动报警和保护动作。

***运行中，通过通讯模块持续将ADC采集的电压、电流数据传送经过通讯模块发送到控制模块，控制模块对采集的数据进行挖掘分析，一旦在运行过程中检测到电流数据与正常情况出现偏差，根据一定的阈值算法，评估电机发生故障的概率，及时预警以触发相应机制，以使操作人员相应地检查或修复电机，排除异常情况，避免电机损坏，提高数控机床稼动率和使用率。

本申请实施例还公开一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行如上述数控机床集成电柜控制方法的计算机程序。本实施例方法的执行主体可以是一种控制装置，该控制装置设置在电子设备上，当前设备可以是具有WIFI功能的手机，平板电脑，笔记本电脑等电子设备，本实施例方法的执行主体也可以直接是电子设备的CPU(central processing unit，中央处理器)。

本申请实施例还公开一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行如上的数控机床集成电柜控制方法的计算机程序。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台设备(可以是手机，计算机，服务器，被控终端，或者网络设备等)执行本申请每个实施例的方法。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种数控机床集成电柜控制方法，其特征在于，包括录入步骤和预警步骤；

录入步骤：

采集电机的运行数据信息并作为历史数据点存储；

消噪处理运行数据信息，并基于电机运行状态对历史数据点进行分类；所述分类的类别包括电机在冷启动、加速、匀速、减速以及热平衡状态下加速、匀速、减速的电机运行状态；

基于分类结果，提取标准运行数据特征于历史数据点，并将标准运行数据特征对应的历史数据点绘制为历史运行数据曲线；

拟合预设时间范围内的多条历史运行数据曲线，并将拟合结果固化为参考曲线；所述参考曲线是各工作状态下多条正常运行的电流电压曲线拟合而得的曲线，所述标准运行数据特征对应有起始点和终止点以便于匹配；

预警步骤：

采集电机当前的运行数据信息并作为当前数据点存储；

拟合当前数据点并与参考曲线进行逐点偏差定位；

基于预设定的阈值范围与偏差的关系输出控制信号；

所述的基于预设定的阈值范围与偏差的关系输出控制信号的步骤，包括：

判断误差是否位于预设的阈值范围内，若是则判断电机运行正常；若否则将该误差对应的当前数据点作为风险点，其中，风险点为电机超出阈值的数据点；

判断风险点后续的若干数据点是否均为风险点，若是则判断电机运行异常并输出控制信号；若否则基于滤波算法滤除以将该风险点滤除；

所述的拟合当前数据点并与参考曲线进行逐点偏差定位的步骤，包括：

实时读取当前数据点并生成到折线图中；

基于当前数据点的采集时序，依次读取运行数据曲线上与运行数据信息的对应点，并比较当前数据点与对应点的偏差大小。

2.根据权利要求1所述的数控机床集成电柜控制方法，其特征在于，所述的运行数据为电压数据和电流数据。

3.一种数控机床集成电柜的控制***，其特征在于，包括：

ADC转换模块，用于进行电流转化以驱动电机；

控制模块，用于执行如权利要求1-2任意一项所述的数控机床集成电柜控制方法，处理运行数据信息并输出控制信号；

保护模块，用于接收控制信号并基于控制信号向外发出预警信息。

4.根据权利要求3所述的数控机床集成电柜控制***，其特征在于，还包括初始化模块，所述初始化模块用于配置各模块初始参数以使各模块的能够进行通讯；

所述的保护模块包括：

一级预警单元，用于基于控制信号向初始化模块输出第一中止命令，以阻断各模块之间的通讯及各模块的工作；

二级预警单元，用于基于控制信号中止电机工作直至收到复位信号；

三级预警单元，用于基于控制信号向外发出预警信息，以提示操作人员可能存在运行异常状况。

5.根据权利要求4所述的数控机床集成电柜控制***，其特征在于，所述控制模块包括录入模块和预警模块，所述录入模块包括：

第一采集单元，用于采集电机的运行数据信息并作为历史数据点存储；

分类单元，用于消噪处理运行数据信息，并基于电机运行状态对历史数据点进行分类；

绘图单元，用于基于分类结果，用于提取标准运行数据特征于历史数据点，并将标准运行数据特征对应的历史数据点绘制为历史运行数据曲线；

拟合单元，用于拟合预设时间范围内的多条历史运行数据曲线，并将拟合结果固化为参考曲线；

所述预警模块包括：

第二采集单元，用于采集电机当前的运行数据信息并作为当前数据点存储；

定差单元，用于拟合当前数据点并与参考曲线进行逐点偏差定位；

比较单元，用于基于预设定的阈值范围与偏差的关系输出控制信号。

6.一种电子设备，其特征在于，其包括：

一个或多个处理器；

存储器；

一个或多个应用程序，其中所述一个或多个应用程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个应用程序配置用于：

执行根据权利要求1至2任一项所述的数控机床集成电柜控制方法。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现：

如权利要求1至2任一项所述的数控机床集成电柜控制方法。