[发明专利]用于智能物联制造系统的加工装备切削颤振能量采集电路

说明书

公开一种用于智能物联制造系统的加工装备切削颤振能量采集电路和能量采集方法，所述能量采集电路包括：极值检测电路，所述极值检测电路包括正极值检测电路、负极值检测电路及第一电感，用于检测压电振子输出电压的正负极值；整流滤波电路，所述整流滤波电路包括整流桥及滤波电容，用于控制输出电压的稳定性；稳压电路，所述稳压电路包括三极管、稳压二极管和电阻，用于为超级电容提供稳定的电压；存储及负载电路，所述存储及负载电路包括超级电容及负载电阻，用于为智能感知节点提供持续且稳定的电压；以及压电振子的等效电路，所述压电振子的等效电路包括交流源及电容，用于模拟真实的压电振子工作状态。

技术领域

本发明属于智能物联制造系统的加工装备切削颤振能量采集领域，涉及一种能量采集电路，特别涉及一种用于智能物联制造系统的加工装备切削颤振能量采集电路和方法。

背景技术

制造业是国民经济的物质基础和产业主体，是衡量国民经济发展的重要标志。随着经济全球化进程的加快以及市场经济的深入发展，制造型企业面临的市场竞争日趋激烈。离散制造尤其是多品种、小批量、多批量、多型号并举生产正成为主流的生产方式。面向多品种、小批量、多批量、多型号并举离散制造过程极为复杂，且由于单件小批量生产，其批量少重复率低，实际生产过程中呈现出①生产组织活动复杂；②生产连续性和负载均衡性差；③生产周期难以控制；④生产过程扰动因素多，使得离散制造过程中加工装备的数据信息难以及时获取和上传。在此背景下，一方面对于制造系统的柔性可重构和生产能力要求持续增长，另一方面制造过程的可预见性却持续下降。因此，如何快速有效地获取车间现场加工装备的数据信息使生产控制系统与生产过程同步是当前离散制造企业必须考虑的一个关键问题。

目前，绝大部分有一定规模的制造企业均采用无线传感网络作为智能感知层的关键技术，在离散制造车间生产现场根据生产需要，在加工装备的相应位置部署智能感知节点，节点之间通过无线通讯方式形成一个自组织网络，主动获取生产全过程中加工装备的数据信息，最终把数据信息发给网关或者中央处理器。

无线传感器网络用于获取生产全过程中加工装备的数据信息时, 无线传感网络节点一般采用电池供电、有线供电。电池供电有自己的缺点，①当电池电量不足、泄漏或接触不良时,网络节点的通信灵敏度、通信距离都大大降低,严重时甚至通信失灵,因此需要经常更换电池，或对电池充电,增加了使用成本；②电池含有重金属,废旧电池处理不当会造严重的环境污染；有线供电有自己的缺点，①投资成本高。有线供电必须布置电缆，一旦离散制造车间及加工装备数量较多，布线相当困难，需要大量的人力和物力，建设时间长。②扩展性差。在建好一个无线传感器网络之后，常常因为系统的需要增加新的节点。便需要重新布线，施工比较麻烦，而且还有可能破坏原来的供电线路。③难以检查和维修。出现故障时，需沿供电线路及智能感知节点检查，一般很难及时找出故障点。④对于多节点无线传感器网络，显得笨重且冗余，移动性极差。离散制造企业拥有许多类别的车间，各类加工装备的位置关系非常复杂，且还有一些处于不断移动状态的AGV小车等设备。在这样的制造环境中进行节点的有线供电将无法与车间生产环境相匹配。

加强制造业绿色改造升级，积极推进低碳化、循环化和集约化，提高制造业资源利用效率，努力构造高效清洁低碳的循环绿色制造体系。绿色制造通过有害源的反利用、新能源的应用，实现轻量化、资源循环。绿色制造将围绕全生命周期重点开展清洁生产、有害源的反利用、新能源回收再利用等关键技术研发。智能物联制造系统的加工装备切削过程中产生的颤振具有以下危害：①使得工件和刀具之间会在其表面出现一些振痕，降低工件的精度及影响使用性能；②在加工过程中，导致刀具以及机床内部零件过度疲劳损坏，大大降低了刀具的使用寿命以及机床的工作效率，严重时，造成机床无法正常工作；③影响刀具和机床的使用性能，降低加工效率。

依据绿色理念需将离散制造车间加工装备产生的危害源--颤振能进行反利用，利用“能量采集”的原理，将颤振能转化为电能，与智能制造中感知层的无线传感器网络技术相结合，实现智能感知节点的无线供电，在减轻和消除颤振所带来的各种不良影响的同时，降低能源的耗损，延长机床和刀具的寿命，提高制造业能源利用效率，产生较大的经济收益，实现绿色经济。