一种评判生产线效能的全自动在线检测装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种评判生产线效能的全自动在线检测装置，它包括嵌入式核心处理器MPU、生产线产品数量检测模块、电能消耗检测模块、电源与稳压电路模块、显示输出模块、键盘输入模块和晶振与复位电路模块；本实用新型具有检测精度高、检测速度快的特点，并且运行稳定可靠，能够很好地满足工业生产线上生产效能全自动在线评估的需求；在新生产线的效能评估、以及生产线在安装调试期间，只需将本实用新型安装在待测生产线上，无需人工干预即可全自动完成生产效能的在线检测，为评估和改进生产线性能提供了技术支持。
【专利说明】
一种评判生产线效能的全自动在线检测装置
技术领域
[0001]本实用新型属于工业生产线效能检测技术领域，涉及一种评判生产线效能的全自动在线检测装置。
【背景技术】
[0002]随着社会的不断发展，我国的工业生产制造水平得到了迅速提高，工业生产线的自动化是现代化制造的重要内容之一。近年来，工业流水生产线自动控制系统的研究日新月异，生产效能的检测作为评估和改进生产线性能的关键问题，得到了日益广泛的关注。相继出现了基于利特尔法则的生产线性能定量评估及仿真验证方法、基于人工神经网络的生产线效能评估技术、基于IE (Industrial Engineering，工业工程)技术的生产线生产效率评价和优化等方案。相对于人工方式，上述这些成果虽然在一定程度上提高了对生产线生产效能评估的精度，但是都局限于离线检测或模拟方式，都需要人工干预，人为误差仍然较大，检测效率较低，不能实现生产线的全自动在线评估。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是克服已有技术之缺陷、提供一种评判生产线效能的全自动在线检测装置，它能够对工业生产线的能效比进行智能检测，并在线给出评判结果。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是:
[0005]—种评判生产线效能的全自动在线检测装置，包括嵌入式核心处理器MPU、生产线产品数量检测模块、电能消耗检测模块、电源与稳压电路模块和显示输出模块;所述生产线产品数量检测模块、电能消耗检测模块和显示输出模块分别接所述嵌入式核心处理器(MPU)的相应端口；所述电源与稳压电路模块的输出端分别接所述嵌入式核心处理器(MPU)、生产线产品数量检测模块和电能消耗检测模块的电源端。
[0006]上述评判生产线效能的全自动在线检测装置，生产线产品数量检测模块包括红外发射管VDl、红外感应接收管VTl、555定时器U2、第一三极管Ql、第二三极管Q2、高增益运算放大器U3、第一至第^^一电阻Rl?Rll、第一二极管Dl、第二二极管D2和第一电容Cl;
[0007]所述红外发射管VDl和红外感应接收管VTl分别安装在生产线产品出口传送带的相对应两侧;所述嵌入式核心处理器MPU的输出端Pl.0接555定时器U2的复位端4脚R;所述555定时器U2的输出端3脚Q经第五电阻R5接第一三极管Ql的基极;红外发射管VDl与第三电阻R3串联后接在第一三极管Ql的集电极与直流电源VDD之间；所述第一三极管Ql的发射极接地；
[0008]所述555定时器U2的放电端7脚DIS经第四电阻R4接直流电源VDD;所述555定时器U2的低触发端2脚TRIG接其高触发端6脚THR;所述555定时器U2的高触发端6脚与放电端7脚DIS有两条并联支路:其中一条支路为所述555定时器U2的高触发端6脚THR依次经第一电阻Rl、第一二极管Dl的负极、第一二极管Dl的正极接555定时器U2的放电端7脚DIS;另一条支路为所述555定时器U2的高触发端6脚THR依次经第二电阻R2、第二二极管D2的正极、第二二极管D2的负极接555定时器U2的放电端7脚DIS;
[0009]红外感应接收管VTl的集电极依次经第一电容Cl、第七电阻R7接所述高增益运算放大器U3的同相输入端；
[0010]高增益运算放大器U3的输出端接第二三极管Q2的基极；
[0011]第二三极管Q2的集电极接所述嵌入式核心处理器MPU的输入端Pl.4;第二三极管Q2的发射极接地；
[0012]红外感应接收管VTl的发射极接地;第六电阻R6接在直流电源VDD与红外感应接收管VTl的集电极之间;第八电阻R8接在第一电容Cl与第七电阻R7的节点和地之间；第九电阻R9接在高增益运算放大器U3的反相输入端与地之间；第十电阻RlO接在高增益运算放大器U3的同相输入端与输出端之间；第i^一电阻Rl I接在直流电源VDD与第二三极管Q2的集电极之间。
[0013]所述电能消耗检测模块包括三相电能计量芯片U1、第一电压采集单元至第三电压采集单元UCTl?UCT3、以及第一电流采集单元至第三电流采集单元DCTl?DCT3;
[0014]所述第一电流采集单元DCTl分别接三相电能计量芯片Ul的端口VlP和端口 VlN;所述第二电流采集单元DCT2分别接三相电能计量芯片Ul的端口 V3P和端口 V3N;所述第三电流采集单元DCT3分别接三相电能计量芯片Ul的端口 V5P和端口 V5N;第一电流采集单元至第三电流采集单元DCTl?DCT3的结构相同；
[0015]所述第一电压采集单元UCTl分别接三相电能计量芯片Ul的端口V2P和端口 V2N;所述第二电压采集单元UCT2分别接三相电能计量芯片Ul的端口 V4P和端口 V4N;所述第三电压采集单元UCT3分别接三相电能计量芯片Ul的端口 V6P和端口 V6N;第一电压采集单元至第三电压采集单元UCTl?UCT3的结构相同；
[0016]所述三相电能计量芯片Ul的片选端口CS接嵌入式核心处理器MPU的端口 STEl;所述三相电能计量芯片Ul的数据输入端口DIN接嵌入式核心处理器MPU的端口 STMOl;所述三相电能计量芯片Ul的数据输出端口DOUT接嵌入式核心处理器MPU的端口 SOMII ；所述三相电能计量芯片Ul的时钟端口 SCLK接嵌入式核心处理器MPU的端口 UCLKl。
[0017]上述评判生产线效能的全自动在线检测装置，第一电流采集单元DCTl包括第一电流互感器CTl、第十二电阻至第十六电阻R12?R16、第二电容C2和第三电容C3;所述第一电流互感器CTl的一次侧串在生产线供电线路中；所述第十三电阻R13接在第一电流互感器CTl 二次侧的两端;所述第一电流互感器CTl 二次侧的一端经第十二电阻R12接三相电能计量芯片Ul的端口 V1P，所述第一电流互感器CTl 二次侧的另一端经第十四电阻R14接三相电能计量芯片Ul的端口 VlN;
[0018]所述第十五电阻R15接在+2.4V直流电源与三相电能计量芯片Ul的端口 VlP之间；所述第二电容C2接在三相电能计量芯片Ul的端口 VlP与地之间；
[0019]所述第十六电阻R16接在+2.4V直流电源与三相电能计量芯片Ul的端口 VlN之间；所述第三电容C3接在三相电能计量芯片Ul的端口 VlN与地之间。
[0020]上述评判生产线效能的全自动在线检测装置，第一电压采集单元UCTl包括第一电压互感器PTl、第十七电阻至第二十电阻R17?R20、第四电容C4和第五电容C5;
[0021]所述第一电压互感器PTl的一次侧并在生产线供电线路上;所述第一电压互感器PTl 二次侧的一端经第十七电阻R17接三相电能计量芯片Ul的端口 V2P，所述第一电压互感器PTl 二次侧的另一端经第十八电阻Rl 8接三相电能计量芯片Ul的端口 V2N;
[0022]所述第十九电阻R19接在+2.4V直流电源与三相电能计量芯片Ul的端口 V2P之间；所述第四电容C4接在三相电能计量芯片Ul的端口 V2P与地之间；
[0023]所述第二十电阻R20接在+2.4V直流电源与三相电能计量芯片Ul的端口V2N之间；所述第五电容C5接在三相电能计量芯片Ul的端口 V2N与地之间。
[0024]上述评判生产线效能的全自动在线检测装置，还包括键盘输入模块;所述键盘输入模块的输出端接所述嵌入式核心处理器MHJ的相应输入端。
[0025]上述评判生产线效能的全自动在线检测装置，还包括晶振与复位电路模块;所述晶振与复位电路模块接所述嵌入式核心处理器MHJ的相应端口。
[0026]本实用新型的有益效果是:在新生产线的效能评估、以及生产线在安装调试期间，只需将本实用新型安装在待测生产线上，无需人工干预即可全自动完成生产效能的在线检测，为评估和改进生产线性能提供了技术支持;本实用新型具有检测精度高、检测速度快的特点，并且运行稳定可靠，能够很好地满足工业生产线上生产效能全自动在线评估的需求。
【附图说明】
[0027]图1为本实用新型的原理框图；
[0028]图2为生产线产品数量检测模块电路原理图；
[0029]图3为电能消耗检测模块原理框图；
[0030]图4为第一电流采集单元及第一电压采集单元的电路原理图。
[0031]图中各标号表示为:VDl、红外发射管，VTl、红外感应接收管，U2、555定时器，Ql、第一三极管，Q2第二三极管，U3、高增益运算放大器，Rl?Rl 1、第一?第i^一电阻，Dl第一二极管，D2第二二极管，Cl第一电容，Ul、三相电能计量芯片，CTl、第一电流互感器，R12?R16、第十二电阻?第十六电阻，C2、第二电容，C3、第三电容，PT1、第一电压互感器，R17?R20、第十七电阻?第二十电阻，C4、第四电容，C5、第五电容，MPU、嵌入式核心处理器。
【具体实施方式】
[0032]由图1-4所示的实施例可知，本实用新型包括嵌入式核心处理器MPU、生产线产品数量检测模块、电能消耗检测模块、电源与稳压电路模块和显示输出模块;所述生产线产品数量检测模块、电能消耗检测模块和显示输出模块分别接所述嵌入式核心处理器MPU的相应端口；所述电源与稳压电路模块的输出端分别接所述嵌入式核心处理器MPU、生产线产品数量检测模块和电能消耗检测模块的电源端。
[0033]本实用新型以嵌入式微处理器为核心，光电传感电路模块检测生产线产量、三项电能计量芯片检测电能消耗。
[0034]在本实用新型的工作过程中，用户可通过键盘输入模块启动新的检测任务并指定对多长时间段内的生产线效能进行检测。检测任务开始后，通过生产线产品数量检测模块和电能消耗检测模块检测指定时段内的生产线产品数量和能耗，然后通过这两个参数得到该时段内的生产效能值并由显示输出模块显示给用户。
[0035]本实用新型的生产线产品数量检测模块和电能消耗检测模块为核心模块。
[0036]参看图2，生产线产品数量检测模块基于红外光电感应原理设计实现，红外发射管VDl和红外感应接收管VTl分别安装在生产线产品出口传送带两侧的适当位置处。嵌入式核心处理器MPU通过GP1引脚Pl.0控制555定时器实现红外发射管VDl的红外发射启停控制，执行检测任务时红外发射管VDl开启。当传送带上没有产品送出时，红外发射管VDl发射的红外光可直达红外感应接收管VT1，使得红外感应接收管VTl导通；当有产品送出时，红外发射管VDl发射的红外光被产品遮挡而无法到达红外感应接收管VTl，红外感应接收管VTl截止。红外感应接收管VTl信号经过型号为UA741的高增益运算放大器U3放大和第二三极管Q2调理后送到嵌入式核心处理器MPU的GP1引脚Pl.4，在Pl.4上产生暂态脉冲波形输入，触发嵌入式核心处理器MPU的内部计数器完成产品的计数加一。
[0037]参看图3-4，电能消耗检测模块采用基波谐波三相电能计量芯片Ul实现。三相电压、电流的采样电路都基于精密组合式互感器实现;第一电压采集单元包括第一电压互感器PTl，第一电流采集单元包括第一电流互感器CTl;第二电压采集单元包括第二电压互感器PT2，第二电流采集单元包括第二电流互感器CT2;第三电压采集单元包括第三电压互感器PT3，第三电流采集单元包括第三电流互感器CT3。以A相为例，电流互感器CTl经保护电路和衰减电路与三相电能计量芯片Ul的Sigma-Delta ADC引脚VlP和VlN连接，电压互感器PTl经保护电路和衰减电路与三相电能计量芯片Ul的Sigma-Delta ADC引脚引脚V2P和V2N连接，其它两相同理。三相电流、电压数据经三相电能计量芯片Ul处理后得到电能消耗数据并通过其标准SPI接口送入嵌入式核心处理器MPU。
[0038]本实用新型的工作流程:启动后首先完成本实用新型初始化工作，然后循环监测键盘输入模块，当出现用户命令时，自动接收并解析、识别命令。如果接收到的是生产线效能检测命令，则本实用新型启动生产线产品数量检测模块和电能消耗检测模块，读取任务指定的检测时段内的产品数量和能耗值，然后根据这两个参数得到该检测时段内的生产线效能，最后通过显示输出模块显示给用户。
[0039]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型的其它实施方式。凡在本实用新型的核心技术之内所做的任何等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种评判生产线效能的全自动在线检测装置，其特征在于:包括嵌入式核心处理器MPU、生产线产品数量检测模块、电能消耗检测模块、电源与稳压电路模块和显示输出模块；所述生产线产品数量检测模块、电能消耗检测模块和显示输出模块分别接所述嵌入式核心处理器(MRJ)的相应端口；所述电源与稳压电路模块的输出端分别接所述嵌入式核心处理器(MPU)、生产线产品数量检测模块和电能消耗检测模块的电源端。2.根据权利要求1所述的一种评判生产线效能的全自动在线检测装置，其特征在于:所述生产线产品数量检测模块包括红外发射管(VDl)、红外感应接收管(VTl)、555定时器(U2)、第一三极管(Ql)、第二三极管(Q2)、高增益运算放大器(U3)、第一至第^^一电阻(Rl?Rll)、第一二极管(Dl)、第二二极管(D2)和第一电容(Cl); 所述红外发射管(VDl)和红外感应接收管(VTl)分别安装在生产线产品出口传送带的相对应两侧；所述嵌入式核心处理器(MHJ)的输出端Pl.0接555定时器(U2)的复位端4脚(R);所述555定时器(U2)的输出端3脚(Q)经第五电阻(R5)接第一三极管(Ql)的基极;红外发射管(VDI)与第三电阻(R3)串联后接在第一三极管(Ql)的集电极与直流电源VDD之间；所述第一三极管(Ql)的发射极接地； 所述555定时器(U2)的放电端7脚(DIS)经第四电阻(R4)接直流电源VDD;所述555定时器(U2)的低触发端2脚(TRIG)接其高触发端6脚(THR);所述555定时器(U2)的高触发端6脚与放电端7脚(DIS)有两条并联支路:其中一条支路为所述555定时器(U2)的高触发端6脚(THR)依次经第一电阻(Rl)、第一二极管(Dl)的负极、第一二极管(Dl)的正极接555定时器(U2)的放电端7脚(DIS);另一条支路为所述555定时器(U2)的高触发端6脚(THR)依次经第二电阻(R2)、第二二极管(D2)的正极、第二二极管(D2)的负极接555定时器(U2)的放电端7脚(DIS); 红外感应接收管(VTl)的集电极依次经第一电容(Cl)、第七电阻(R7)接所述高增益运算放大器(U3)的同相输入端； 高增益运算放大器(U3)的输出端接第二三极管(Q2)的基极； 第二三极管(Q2)的集电极接所述嵌入式核心处理器(MPU)的输入端Pl.4;第二三极管(Q2)的发射极接地； 红外感应接收管(VTl)的发射极接地;第六电阻(R6)接在直流电源VDD与红外感应接收管(VTl)的集电极之间；第八电阻(R8)接在第一电容(Cl)与第七电阻(R7)的节点和地之间；第九电阻(R9)接在高增益运算放大器(U3)的反相输入端与地之间；第十电阻(RlO)接在高增益运算放大器(U3)的同相输入端与输出端之间；第i^一电阻(Rl I)接在直流电源VDD与第二三极管(Q2)的集电极之间。3.根据权利要求1所述的一种评判生产线效能的全自动在线检测装置，其特征在于:所述电能消耗检测模块包括三相电能计量芯片(U1)、第一电压采集单元至第三电压采集单元(UCT1?UCT3)、以及第一电流采集单元至第三电流采集单元(DCT1?DCT3); 所述第一电流采集单元(DCTl)分别接三相电能计量芯片(Ul)的端口 VlP和端口 VlN;所述第二电流采集单元(DCT2)分别接三相电能计量芯片(Ul)的端口 V3P和端口 V3N;所述第三电流采集单元(DCT3)分别接三相电能计量芯片(Ul)的端口 V5P和端口 V5N;第一电流采集单元至第三电流采集单元(DCT1?DCT3)的结构相同； 所述第一电压采集单元(UCTl)分别接三相电能计量芯片(Ul)的端口 V2P和端口 V2N;所述第二电压采集单元(UCT2)分别接三相电能计量芯片(Ul)的端口 V4P和端口 V4N;所述第三电压采集单元(UCT3)分别接三相电能计量芯片(Ul)的端口 V6P和端口 V6N;第一电压采集单元至第三电压采集单元(UCT1?UCT3)的结构相同； 所述三相电能计量芯片(UI)的片选端口 CS接嵌入式核心处理器(MPU)的端口 STEI ；所述三相电能计量芯片(Ul)的数据输入端口DIN接嵌入式核心处理器(MPU)的端口 STMOl ；所述三相电能计量芯片(Ul)的数据输出端口 DOUT接嵌入式核心处理器(MPU)的端口 SOMII ；所述三相电能计量芯片(Ul)的时钟端口 SCLK接嵌入式核心处理器(MPU)的端口 UCLKl。4.根据权利要求3所述的一种评判生产线效能的全自动在线检测装置，其特征在于:所述第一电流采集单元(DCTl)包括第一电流互感器(CTl)、第十二电阻至第十六电阻(R12?R16)、第二电容(C2)和第三电容(C3);所述第一电流互感器(CTl)的一次侧串在生产线供电线路中；所述第十三电阻(R13)接在第一电流互感器(CTl) 二次侧的两端;所述第一电流互感器(CTl) 二次侧的一端经第十二电阻(R12)接三相电能计量芯片(Ul)的端口 V1P，所述第一电流互感器(CTl) 二次侧的另一端经第十四电阻(R14)接三相电能计量芯片(Ul)的端口VlN; 所述第十五电阻(R15)接在+2.4V直流电源与三相电能计量芯片(Ul)的端口 VlP之间；所述第二电容(C2)接在三相电能计量芯片(Ul)的端口 VlP与地之间； 所述第十六电阻(R16)接在+2.4V直流电源与三相电能计量芯片(Ul)的端口 VlN之间；所述第三电容(C3)接在三相电能计量芯片(Ul)的端口 VlN与地之间。5.根据权利要求4所述的一种评判生产线效能的全自动在线检测装置，其特征在于:所述第一电压采集单元(UCTl)包括第一电压互感器(PTl)、第十七电阻至第二十电阻(R17-R20)、第四电容(C4)和第五电容(C5); 所述第一电压互感器(PTl)的一次侧并在生产线供电线路上；所述第一电压互感器(PTl) 二次侧的一端经第十七电阻(R17)接三相电能计量芯片(Ul)的端口 V2P，所述第一电压互感器(PTl) 二次侧的另一端经第十八电阻(R18)接三相电能计量芯片(Ul)的端口 V2N; 所述第十九电阻(R19)接在+2.4V直流电源与三相电能计量芯片(Ul)的端口 V2P之间；所述第四电容(C4)接在三相电能计量芯片(Ul)的端口 V2P与地之间； 所述第二十电阻(R20)接在+2.4V直流电源与三相电能计量芯片(Ul)的端口 V2N之间；所述第五电容(C5)接在三相电能计量芯片(Ul)的端口 V2N与地之间。6.根据权利要求5所述的一种评判生产线效能的全自动在线检测装置，其特征在于还包括晶振与复位电路模块;所述晶振与复位电路模块接所述嵌入式核心处理器(MPU)的相应端口。
【文档编号】G01M99/00GK205691351SQ201620569903
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年6月13日 公开号201620569903.6, CN 201620569903, CN 205691351 U, CN 205691351U, CN-U-205691351, CN201620569903, CN201620569903.6, CN205691351 U, CN205691351U
【发明人】任建强, 张玲娟
【申请人】廊坊师范学院