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无线设备状态监测系统在钢铁厂的应用
    


            摘要:设计了一种无线传输的工业设备状态监测预警系统。采用低功耗ATMEGE88单片机和CYRF6936无线数据收发模块实现设备点检、数据采集和远距离无线传输; 应用无线设备标识牌实现设备编码与测试点编号灵活配置,实现设备运行状态实时在线/离线监控。
    关键词:单片机 数据采集 无线传输   预警系统


            现代技术的不断发展,使设备故障的预测在生产过程中已显现得尤为重要。检修计划的合理制订、生产成本的有效控制、安全事故的预防与避免、费用重复投入等无不与设备在线运行工况息息相关。随着无线通信网络的不断发展 , 其传输速率不断提高,数据传输业务的不断增加使得无线通信技术正在进入自动控制领域。本文介绍一种基于无线数字网络通信技术的设备状态监测系统,可以完全替代传统的数据采集与数据传输模式。
    1系统组成及工作原理
    系统总体示意图如图1所示。分为4个组成部分:信息处理和管理计算机系统、无线传输信号中继器、数据采集及传输部分。
该系统为3层工作方式,其中在线式无线点检设备与离线式无线点检设备为最底层(即第3层)工作设备,主要功能为数据采集与发送,无线网络通讯系统工作在第2层,它将分布在各个区域点检数据用接力方式进行远距离无线传输。采用2.4 GHz的通讯频段,为直序扩频通讯方式,抗干扰能力较强。计算机预警数据管理系统为最高层,属管理层面。各点检测数据通过在线监测设备和离线监测设备被送入无线通讯网络,再由无线通讯网络系统送入计算机数据库,通过计算机预警管理系统,提交给设备管理人员使用。

图1系统总体示意图


            2  硬件及软件设计
    2.1 数据采集及无线传输硬件设计

    硬件电路采用模块化的设计方法,包括传感器与信号调理单元,数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元和电源管理单元等,可根据需要增减相应的模块完成目标电路设计,如无线温度传感器包括所有的模块,无线传输中继器只包含数据处理单元、数据传输单元和电源管理单元。数据采集单元负责采集传感器信息并完成数据转换,采集的信息包含温度、振动、压力等;数据处理单元负责控制整个节点的处理操作、数据传送方式、休眠管理以及任务管理等;数据传输单元负责与其他节点进行无线通信;电源管理单元为电路提供稳定的电源供应,在睡眠和正常工作模式时切换外围模块电源供应。硬件电路图如图2所示。无线传感器、无线传输信号中继器、无线数据接收中心机、无线设备标识牌均采用ATMEGE88单片机结合CYRF6936单片射频芯片作为系统的核心。传感器模块定时采集现场数据,经必要的转换处理后经CYRF6936射频芯片按系统定义通信协议传送给距离最近的无线中继器。无线中继器将该数据直接或通过其它无线中继器传输至无线数据接收中心机。接收中心机将接收数据通过MAX3232转换为RS232格式数据发送给主计算机。

图2 硬件电路图


            AVR单片机的单周期指令能够保证高的执行效率和低成本,是8位微控制器中性能较高的器件。ATMEGE88单片机含8KB的系统内可编程Flash, 512B EEPROM, 1KB SRAM,23 个通用I/O 口线, 32 个通用工作寄存器,三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C), 片内/ 外中断,可编程串行USART,面向字节的两线串行接口,一个SPI 串行端口, 8 路10 位ADC, 具有片内振荡器的可编程看门狗定时器,以及五种可以通过软件选择的省电模式。空闲模式时CPU 停止工作,而SRAM、T/C、USART、两线串行接口、SPI 端口以及中断系统继续工作;掉电模式时晶体振荡器停止振荡,所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作,寄存器的内容则一直保持;省电模式时异步定时器继续运行,以允许用户维持时间基准,器件的其他部分则处于睡眠状态;ATMEGE88可为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的方案。CYRF6936为基于2.4GHz WirelessUSB LP射频片上系统的无线收发模块。它仅需21mA的工作电流,具有高达1Mbps的数据传输速率和低于2ms的平均延迟。运用了直接序列扩频(DSSS)技术,能有效阻止来自于诸如802.11b/g、蓝牙、无绳电话和微波炉等其他技术的频率干扰。
    系统采用实时在线/离线无线检测模式。实时在线检测模式下,各传感器模块每2秒向外发送1次测量数据,由中继器转发给中心机使用;在离线检测模式下,采用电池供电的设备标识牌,平时处于休眠状态,仅在设备编码流水号设置和离线点检时发送设备编码号及该设备数据采集模块流水号。设备检查人员可手持设备检测仪将该设备的设备编号及流水号读出,同时将测点的所有测量数据读出。实现设备状态的离线检测。
    每台设备可共用1个设备ID号,可以配置最多128个测试点流水号。既可以在线测量时为数据采集模块提供流水号,又可以在采用离线检测设备时提供设备ID号和流水号。达到实时检测和手动检测时设备ID号和流水号灵活配置。
    2.2 数据采集及无线传输软件设计
    为保证有较低的功耗,除在硬件电路设计时尽可能的减少器件数量和选用低功耗的器件外,在程序上采用间隙工作的方式。在数据采集和数据传输过程中,微控制器首先完成数据采集和传输后关闭传感器和数据采集单元电源,微控制器进入休眠模式,只有一个低功耗定时器运行,保证在设定的时间间隔后能再次采集和传输数据。图3为系统程序框图,图4为ATMEGA88从休眠模式被定时器中断唤醒后的程序流程。


               
    图3系统主程序流程图                    图4 中断程序流程图


            要实现传感器与无线中继器的通信,需要对CYRF6936进行初始化配置和用户程序设计。采用自定义通信协议,发送和接收程序流程如图5所示。ATMEGA88通过SPI口对CYRF6936进行参数设置,并启动发送或接收,程序采用中断接收,中断发送。CYRF6936的IRQ引脚与ATMEGA88外中断0连接,数据发送和接收完成共用一个外中断0,在中断程序中判断发送是否完成或有收到数据。在发送数据前需先判断无线传感器是否已经找到作为其父节点的无线中继器,已找到父节点则发送已采集数据;没有则先发送申请加入网络命令帧,并等待应答,在设定的等待超时内收到无线中继器的应答,将该无线中继器作为无线传感器的父节点,向父节点发送已采集的数据。如没有收到无线中继器的应答则退出,进入低功耗模式,等待下一次发送时间到来,发送数据的流程图如图5。


图5数据发送流程图


            2.3 信息处理和管理计算机系统
    设备运行监控管理系统采用Access数据库和VB语言编程。主要功能是接收数据采集机经中继器转发送过来的现场数据,并实时显示和处理。在对PC机串口通信进行编程时,利用 MSComm 控件提供的事件驱动方式,当串口发生事件和错误时,MSComm 控件会产生OnComm 事件,用户程序可以捕获该事件完成数据的接收和校验,若通过校验,则进行相应处理,否则,发出错误信息并要求继续发送数据。设备运行监控管理系统的主要功能包括:
    (1)设备数据库管理功能:包括数据库创建、数据库维护、数据库查询。
    (2)数据采集功能:系统自动接收无线网络发送回来的数据,根据设备位置码存入数据库以供分析、处理。
    (3)参数曲线图显示功能:根据历史数据绘制参数曲线图,使设备在某个时间段内的运行状况更加直观。
    (4)点检计划管理功能:根据不同的管理模式制定巡、点检计划,考核点检计划完成情况等。
    (5)超限实时报警功能:采集的数据超过设备运行时的正常范围,系统以声音和画面提示两种方式报警。
    (6)统计报表功能:根据用户需求制定各种设备运行报表。
    (7)设备诊断及维修工单打印功能:根据采集的数据,系统可分析、预诊断设备故障,打印设备维修、维护工单。
    (8)提供与其他系统数据接口功能:系统提供与其他系统的数据接口,可与其他数据库共享。
    3 结语
    该设备运行监控管理系统应用在某大型钢铁集团的某高炉系统设备的实时监控中。该系统中包含主传动设备电机、除尘设备电机和助燃设备电机的28个温度测量点和44个振动测量点。使用1年多以来,大大减少了设备维护人员劳动强度和时间,使原来需要1周以上时间完成的数据测量和报表工作改变为实时提供设备运行数据。提高了测量精度和数据处理的准确性,实现了自动数据处理和曲线绘制。
    目前,该系统可测量的数据包括:压力、温度、振动、交直流电参数等。并可按照用户生产中的要求开发出更多性能的检测项目,同时进一步提高采集数据的精度和速度。并实现企业内数据的共享。及时地获取生产设备的运行数据,对于实现遥控测量和满足先进制造技术对测控技术的要求有着重要意义。
 
    参考文献:
    [1]具有8K系统内可编程Flash的8位微控制器ATmega48(V)88(V)168(V)[M],25~45
    [2] http://www.cypress.com
    [3]Cypress Micro Systems, Inc. PSoC Mixed Signal Array Technical Reference Manual Version 2.10[M]. Cypress Micro Systems, 2005,19~53
    [4]许永和,Visual Basic 接口设计与工程实践[M],北京:人民邮电出版社,2007,191~211
    [5]宋文,无线传感器网络技术与应用[M],北京:电子工业出版社,2007,128~165
    [6]李刚,张志宏。蜜蜂的舞蹈-zigbee的无线网络技术和应用[J]。电子产品世界,2006,67~69


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    时间:2011年07月21日 16:26:20 来源:武汉钢铁公司 武汉蜂网公司 作者:肖风华 成兵 上一篇:磨损试验 wear test 下一篇:力传感器(测力计) force transducer  (电脑版  手机版)
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