摘 要

降低能量损耗是当今世界的共同话题，作为制造业的主要载体，数控机床的能效直接影响世界发展的趋势。本文从能效监测出发，对数控机床实时加工时的能效进行采集、统计以及分析，从而能直观的分析出数控机床各个状态下的能耗，以供相关管理人员做出相应的决策。这对企业的能量利用率、降低产品成本具有重要的指导意义。

为验证数控机床能效在线监测的实用性，本文记录了数控机床能效在线监测系统硬件与软件设计开发的过程。硬件设计中包括确定硬件连接方案，选择数据采集器类型，选取通讯协议以及传输方式，以及数据处理器和主站相关硬件设备。软件设计中包括数据处理器的设计、数据库构建，在线监测软件的用户界面以及功能模块的设计与开发。

本文采用灵活的编程模式对监控数据进行采集并加以整合，以更高的效率、更好的模式提供给服务器进行分析。另外，本文针对机床加工时能耗进行检测与分析，进一步验证在线监测系统的研究成果，实践证明，数控机床能效在线监测具有很高的实用意义。

关键词：数控机床；能效；在线监测；数据处理

Abstract

Nowadays, energy reducing is a common topic. As the major carrier of manufacturing industry, the energy efficiency of CNC (Computer Numerical Control) machine tools directly affect the trend of energy development in the world. Based on energy efficiency monitoring, this paper collects, processes and analyzes the energy efficiency of CNC machine tools in real time, in order to intuitivelyillustrate the energy consumption ofCNC machine tools in different states, which could be submitted to relevant managers to make appropriate decisions. This online energy monitoring systemhas a marked influence onincreasing energy utilization efficiencyand decreasingproduct cost for enterprises.

In order to verify the usefulness of monitoring the energy efficiency of CNC machine tools, this paper records the design and development process of energy efficiency of CNC machine tools online monitoring system in hardware and software. The hardware design includes determining a hardware connection scheme, choosing the type of data collection, selecting the communication protocol and the transmission method, and equipping related hardware of a data processor and the main station. The software design includes a data processor design, database construction, the design and development of user interface and function modules of online monitoring software.

This paper designs a flexible programming model to collect and integrate the monitoring date, so the sever can analyze perfectly with greater efficiency and better model. In addition, this paper tests and analyzesthe specific data whenCNC machining is working, to further validate the results of studies of online monitoring system. As is shown in the practice, theon-line monitoring system of energy efficiency ofCNC machine tools has high practical significance.

Key Words：CNC machine tools；Efficiency；Online monitoring；Data procession

目录

第1章绪论 1

1.1 研究背景及目的 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文主要研究内容及方案措施 2

1.3.1 研究内容 2

1.3.2 设计期望 2

1.3.3 拟采取方案措施 2

1.4 本章小结 3

第2章监测系统总体设计 5

2.1 基本组成部分 5

2.1.1 数据采集器 5

2.1.2 数据传输 5

2.1.3 数据存储 6

2.1.4 数据中心 6

2.2 系统总体方案的比较与确定 6

2.3 系统工作特点 8

2.4 系统开发环境 9

2.5 本章小结 9

第3章方案设备选型 10

3.1电能表 10

3.1.1 选型 10

3.1.2 数据采集方式 10

3.2 数据传输设备 11

3.2.1 RS-485总线 11

3.2.2 局域网 11

3.3 中间处理设备 12

3.3.1 串口服务器 12

3.3.2 数据处理 12

3.4 主站设备 12

3.5 本章小结 13

第4章软件设计 14

4.1 数据处理器 14

4.1.1 Modbus-RTU协议 14

4.1.2 CRC16校验 16

4.1.3 数据处理程序设计 17

4.2 数据库 18

4.3 在线监测软件 19

4.4 本章小结 22

第5章系统调试 23

5.1 电能表调试 23

5.2串口服务器调试 24

5.3 硬件连接及连调 26

5.4 数据处理分析 26

5.5 本章小结 28

第6章总结与展望 29

6.1 总结 29

6.2 展望 29

参考文献 30

致谢 32

第1章绪论

1.1 研究背景及目的

随着世界经济的发展，能源成为人类关注的核心问题，能源能否有效利用直接关乎一个地区、一个国家以及一个民族的发展命脉^[1,2]。据世界银行2006年数据显示，中国创造相同的GDP需要的能源消耗是欧洲发达国家的6到7倍，能源利用率是美国的26.9% ^[3]。显而易见，中国在能源利用方面承担的压力很大，另外，能源与环境问题也逐渐被更多的人重视，中国虽然地大物博，然而我国人民资源占有量平均数较小，合理使用能源，实现绿色工业以及可持续发展，是当代人类发展中共同的呼声。针对能源消耗，我国在“十二五”期间就提出来节能节拍的相关方案，要求各行各业利用先进的科学技术，将节能减排的目标充分落实到各个能量消耗的载体上。

节能，就是高效合理的利用能源，同时加强对各类能源的管理，在经济、技术方面进行研究，设计开发出一系列降低能耗的方案，从而将能源消耗降低到最优值^[4,5]。中国作为能源消耗第二大国，机床数量第一大国^[6,7]，制造业的能量消耗是我们国家发展主干线。通过一系列措施对数控机床的能源消耗进行监测及优化能够有效的减少制造业的能源消耗，提高能源利用率，有利于企业降低成本、提高工作效率，从而实现我国提出的绿色工业发展以及可持续发展战略。