Станочный терминал

Настоящая полезная модель относится к области вычислительных устройств, а именно к вычислительным устройствам сбора данных о работе и состоянии технологического оборудования.
Из существующего уровня техники известен программно-аппаратный комплекс для управления технологическим оборудованием с ЧПУ, содержащий коммутационно-соединенные панель оператора системы управления, станочную панель системы управления, промышленный компьютер с установленным ядром системы управления по меньшей мере один мобильный компьютер с установленной виртуальной панелью, персональный компьютер с установленной виртуальной панелью, сетевой маршрутизатор, при этом ядро системы управления выполнено с модулем синхронизации, а станочная панель подключена напрямую к промышленному компьютеру с возможностью обработки и передачи данных на модуль синхронизации, кроме того, мобильный и персональный компьютеры подключены к промышленному компьютеру системы управления. RU 126855 U1, 10.04.2013, G05B 19/00.
Недостатками известного устройства являются:
1) отсутствие каналов ввода электрических параметров, измеряемых в кабельной линии подключаемого оборудования и служащих для определения текущего режима работы оборудования микроконтроллером устройства. Это не позволяет подключать любое технологическое оборудование, такое как станки с ЧПУ, станки без ЧПУ, печи, насосы, двигатели, вентиляторы, кондиционеры любых производителей, не позволяет определять расширенный перечень режимов работы оборудования, таких как холостой ход и перегрузка, получать данные об измеряемых параметрах электропитания подключаемого оборудования (электрическое напряжение, сила тока, коэффициент мощности, активная мощность, реактивная мощность, полная мощность, показания счетчиков потребляемой активной и реактивной энергии).
2) отсутствие идентификации операторов оборудования с помощью RFID-меток;
3) отсутствие возможности устройства осуществлять работу при отключении сетевого питающего напряжения;
4) отсутствие возможности объединения группы устройств в промышленную сеть с помощью сетевого интерфейса RS-485;
5) отсутствие возможности получения дополнительных данных с аналоговых и дискретных датчиков, установленных на вспомогательных узлах подключаемого оборудования, передачи дополнительных аналоговых и дискретных управляющих сигналов данным вспомогательным узлам.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является станочный терминал, выполненный в виде корпуса, внутри которого расположен процессор, внутренняя память, контроллер, который обеспечивает обновление памяти, модуль Wi-Fi, на передней панели корпуса терминала расположен разъем для подключения съемной карты памяти большой емкости, дисплей, клавиатура, разъем для соединительных кабелей с устройством управления станком, узел сетевого интерфейса ETHERNET, станочные интерфейсы, которые необходимы для подключения к станочному оборудованию с различными системами управления, дискретные оптоизолированные каналы ввода-вывода, GSM канал связи. RU 151945, 20.04.2015, G06F 13/12.
Недостатками известного устройства являются:
1) отсутствие каналов ввода электрических параметров, измеряемых в кабельной линии подключаемого оборудования и служащих для определения текущего режима работы оборудования микроконтроллером устройства. Это не позволяет подключать любое технологическое оборудование, такое как станки с ЧПУ, станки без ЧПУ, печи, насосы, двигатели, вентиляторы, кондиционеры любых производителей, без вмешательства в стойки автоматики и блоки управления этого оборудования и согласования с производителем подключаемого оборудования, требуемого для подключения используемых в известном устройстве дискретных оптоизолированных каналов ввода-вывода, а также отсутствие возможности определения расширенного перечня режимов работы оборудования, таких как холостой ход и перегрузка, получать данные об измеряемых параметрах электропитания подключаемого оборудования (электрическое напряжение, сила тока, коэффициент мощности, активная мощность, реактивная мощность, полная мощность, показания счетчиков потребляемой активной и реактивной энергии).
2) отсутствие идентификации операторов оборудования с помощью RFID-меток;
3) отсутствие возможности устройства осуществлять работу при отключении сетевого питающего напряжения;
4) отсутствие возможности объединения группы устройств в промышленную сеть с помощью сетевого интерфейса RS-485;
5) отсутствие возможности получения дополнительных данных с аналоговых датчиков, установленных на вспомогательных узлах подключаемого оборудования, передачи дополнительных аналоговых и управляющих сигналов данным вспомогательным узлам.
Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в устранении недостатков и расширении арсенала известных устройств и комплексов в данной области, а также в определении производительности оборудования благодаря объективному учету данных, оптимизации производства на основе реальных данных, собранных из систем управления технологическим оборудованием, способствовании принятию объективных решений по перевооружению производства.
Данная задача достигается за счет того, что станочный терминал включает корпус с неподвижно размещенными внутри микропроцессорным контроллером и соединенными с ним разъемом для установки сменных карт памяти, сетевыми интерфейсами для коммуникации в беспроводной и проводной компьютерной сети, разъемами для соединительных кабелей с устройством управления станком, дискретными оптоизолированными каналами ввода-вывода, станочными интерфейсами, необходимыми для подключения к станочному оборудованию с различными системами управления, и размещенными на лицевой части устройствами ввода и вывода данных человеко-машинного интерфейса, дополнительно снабжен соединенными с микропроцессорным контроллером и неподвижно размещенными внутри корпуса каналами ввода электрических параметров, измеряемых в кабельной линии подключаемого оборудования, считывающим устройством RFID-меток, модулем сетевого электропитания с автономным источником электропитания, сетевым интерфейсом RS-485, каналами ввода-вывода аналоговых сигналов.
Станочный терминал может быть оснащен в качестве устройства ввода данных кнопочной, сенсорной клавиатурой, датчиком угла поворота или джойстиком. Устройство вывода данных может представлять собой жидкокристаллический дисплей.
В качестве сетевого интерфейса для коммуникации в проводной компьютерной сети может быть использован сетевой интерфейс Ethernet.
В качестве сетевого интерфейса для коммуникации в беспроводной компьютерной сети может быть использован интерфейс, соответствующий стандарту IEEE 802.11 или IEEE 802.15.4.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность подключать к устройству любое технологическое оборудование, такое как станки с ЧПУ, станки без ЧПУ, печи, насосы, двигатели, вентиляторы, кондиционеры любых производителей без вмешательства в стойки автоматики и блоки управления этого оборудования и согласования с производителем подключаемого оборудования, а так же возможность определения расширенного перечня режимов работы оборудования, таких как холостой ход и перегрузка, получение и контроль данных об измеряемых параметрах электропитания подключаемого оборудования (электрическое напряжение, сила тока, коэффициент мощности, активная мощность, реактивная мощность, полная мощность, показания счетчиков потребляемой активной и реактивной энергии), идентификация операторов оборудования с помощью RFID-меток, возможность устройства осуществлять работу при отключении сетевого питающего напряжения, возможность объединения группы устройств в промышленную сеть с помощью сетевого интерфейса RS-485, получение дополнительных данных с аналоговых датчиков, установленных на подключаемом оборудовании, и передача дополнительных аналоговых управляющих сигналов подключаемому оборудованию.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена структурная схема станочного терминала.
Станочный терминал включает корпус с неподвижно размещенными внутри микропроцессорным контроллером 1 и соединенными с ним разъемом для установки сменных карт памяти 8, сетевыми интерфейсами для коммуникации в беспроводной 6 и проводной 7 компьютерной сети, разъемами для соединительных кабелей с устройством управления станком (не показаны), дискретными оптоизолированными каналами ввода-вывода 10, станочными интерфейсами 9, необходимыми для подключения к станочному оборудованию с различными системами управления, каналами ввода электрических параметров, измеряемых в кабельной линии электропитания подключенного оборудования 12, считывающим устройством RFID-меток 4, модулем сетевого электропитания с автономным источником электропитания (не показан), сетевым интерфейсом RS-485 5, каналами ввода-вывода аналоговых сигналов 11 и размещенными на лицевой части устройствами ввода 2 и вывода 3 данных человеко-машинного интерфейса.
Станочный терминал может быть оснащен в качестве устройства ввода данных 2 кнопочной, сенсорной клавиатурой, датчиком угла поворота или джойстиком. Устройство вывода данных 3 может представлять собой жидкокристаллический дисплей.
В качестве сетевого интерфейса для коммуникации в проводной компьютерной сети 6 может быть использован сетевой интерфейс Ethernet.
В качестве сетевого интерфейса для коммуникации в беспроводной компьютерной сети 7 может быть использован интерфейс, соответствующий стандарту IEEE 802.11 или IEEE 802.15.4.
Устройство работает следующим образом.
Сигналы с первичных датчиков, которые могут быть представлены измерительными трансформаторами тока и напряжения, установленными на кабельной линии электропитания подключаемого оборудования, через каналы ввода электрических параметров 12 поступают в микропроцессорный контроллер 1, где на основе заранее произведенных калибровок подключенного оборудования на различных режимах работы и в соответствии с математическими моделями, описывающими эти режимы, обрабатываются с целью определения текущего режима работы оборудования (оборудование отключено, оборудование находится в простое, оборудование работает на холостом ходу, оборудование находится в рабочем режиме, оборудование находится в режиме перегрузки).
Дополнительные сигналы о работе вспомогательных узлов подключенного оборудования, поступают по оптоизолированным дискретным каналам ввода 10 и аналоговым каналам ввода 11.
Микропроцессорный контроллер 1 на основе задаваемых заранее алгоритмов или вручную по команде оператора производит включение или отключение оборудования или узлов, подключенных к выходам оптоизолированных дискретных каналов ввода-вывода 10, управляет оборудованием или узлами, подключенными к выходам аналоговых каналов ввода-вывода 11.
По команде оператора устройством с помощью станочных интерфейсов 9 выполняется передача и прием технологических управляющих программ для станков с ЧПУ.
Идентификация операторов подключаемого оборудования производится путем поднесения индивидуальной Rfid-метки оператора к поверхности корпуса устройства, под которой находится считыватель Rfid-меток 4.
В качестве устройств ввода и вывода человеко-машинного интерфейса, служащих для взаимодействия станочного терминала с оператором, могут соответственно применяться клавиатура 2 и жидкокристаллический дисплей 3.
Ввод возникающей причины простоя оборудования выполняется оператором вручную либо по заранее заданному алгоритму.
Устройство вывода данных отображает информацию о текущих рабочих параметрах устройства и подключенного оборудования, в том числе о режиме работы, введенной причине простоя подключенного оборудования, номере рабочей смены, идентификационных данных оператора, состоянии дискретных и аналоговых входов и выходов, электрических параметрах в линии электропитания подключенного оборудования, данных о выбранной технологической управляющем программе для станков с ЧПУ.
Информация о работе подключенного оборудования записывается в формируемые на съемной карте памяти 8 архивы.
Станочный терминал может работать как автономно, так и в составе автоматизированной системы под управлением сервера.
Для коммуникации устройства с сервером автоматизированной системы используется сетевые интерфейсы 5, 6, 7.
В случае работы в составе автоматизированный системы на сервер в реальном времени передаются данные о текущих рабочих параметрах устройства и подключенного оборудования, а сервер производит передачу управляющих команд устройству. Получение архивов, содержащих информацию о работе оборудования, производится сервером с определенным периодом времени.
Электропитание станочного терминала обеспечивается модулем сетевого электропитания с автономным источником электропитания, который позволяет осуществлять электропитание устройства при отключении сетевого питания и содержит заменяемую аккумуляторную батарею большой емкости.
Внедрение станочного терминала позволит промышленным предприятиям:
1) определять и анализировать режимы работы станков на основе анализа изменения по времени электрических параметров в кабельной линии электропитания;
2) совмещать задачи мониторинга работы и учета потребления электроэнергии станком без вмешательства в его автоматику и возникновения проблем с гарантийным обслуживанием станка;
3) идентифицировать расширенный перечень режимов работы станка, выполнять ручной ввод причин простоя оператором станка;
4) использовать архивируемые станочным терминалом данные о работе подключенного оборудования для построения графиков изменения параметров работы станков по времени, создание отчетов для оценки эффективности работы и оптимизации загрузки станков;
5) производить информирование персонала при длительном простое или проблемах с эксплуатацией станков;
6) повысить загрузку станков и снизить стоимость часа машинного времени.