CN103136916A - 一种大型回转设备的智能数据采集装置 - Google Patents

Abstract

一种大型回转设备智能数据采集装置，主要针对大型回转设备的在线状态监测，其由主模块、定点红外测温模块1、定点红外测温模块2、旋转测温模块和图像采集模块五部分构成。定点红外测温模块1、定点红外测温模块2、旋转测温模块输入/输出端通过无线方式与主模块输入/输出端相连；主模块采用ARM芯片LPC2132作为主控制芯片，是智能采集终端的主控部件；主模块通过有线方式和图像采集模块相连；主模块通过GRPS通信方式与上位机（需接入互联网）相连。主模块采集传统模拟/数字量以及由定点红外测温模块1、定点红外测温模块2、旋转测温模块和图像采集模块等的相关数据，并通过GPRS传至上位机或者用户，同时将上位机命令返回至各采集节点，实现了实时数据采集与控制。装置通过全方位、长距离的设备温度及图像的测量，实现了设备的远程监控。装置组网灵活，通信方式多样，测量种类丰富。

Description

一种大型回转设备的智能数据采集装置

技术领域

本发明涉及工业现场装置技术领域，具体涉及一种大型回转设备智能数据采集装置。

背景技术

在能源矿产工业化技术领域，大型回转设备应用广泛，传统的采集装置存在着上述技术的不足。

大型回转设备在能源产业领域中占用重要地位，因为回转设备存在的高温、高粉尘、强干扰等原因，大型回转设备的监测存在着很大难度，许多情况下仍沿用原有的人工巡检手段。数据采集装置的发展为远程监测提供了有效途径，但传统远程数据采集装置设备是一种远端测控单元装置，负责对现场信号、工业设备的监测和控制。中国目前的市场主要由各大跨国巨头所占领，国产采集装置近几年的市场份额也有所提高，产品也日渐成熟，但总体水平较低，智能化程度不高，品质有待提高，没有形成规模型产业，对新技术、新理念的应用更是存在明显的滞后：

1. 传统采集装置针对性不强，构造相对单一，在特殊背景下没有应用基础。传统采集装置只有一个硬件模块，其输入信号主要为典型的工业信号，如4～20mA电流信号或0～10V，这种采集装置通用性强。但因为硬件模式及设计思想的局限，在很多场合下，如大型回转设备的监控方面没有用武之地。

2. 传统采集装置一般采用GPRS进行数据传输，信道利用率低，数据量传输少，没有图像的传输在远程监控中，对数据的实时性没有较高的要求，因为采集装置的采集主体为有线信号，其路数有限，数据量也较少，也没有图像传输。

3.传统测温方式在工业环境存在着多种弊端。温度测量约占整个传感器参数测量总量的一半左右，传统的温度测量采用接触式温度传感器，其不能直接测量回转体的温度，并且安装较麻烦，并且有些回转体一米内辐射温度可达200℃，大大超出了传感器或测量仪的工作温度上限。

4.传统采集装置控制功较薄弱且组网能力差。采集装置一般只采不控或者控制功能薄弱，因为远程控制存在着极大的不确定性，容易产生危险动作，实时性也较差，尤其在采用GPRS方式进行通信时一般都采用数据定时采集，定时发送的方式，没有控制功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能数据采集装置，除能够实现普通模拟量及数字量的采集功能外，并且在装置扩展了小型无线网络，可以进行多节点非接触式红外测温（数字节点），还可以对现场图像进行采集，采集后的数据及图像经GPRS传至监控上位机（也可通过总线方式传输），也可以传至用户手机，上位机或手机也可以主动索取图像或传感器数据。同时，对大型回转体实现了一种旋转式红外测温加定点红外测温方法（定点红外测温可用于特殊区域或死区温度测量）。并且其配置多个标准工业输入输出接口（一般基于GPRS传输的采集装置不配备此接口），有利于信号进一步处理。智能采集装置具有测量实用性强、应用方便灵活、便于组网等特点。充分克服了现有技术的不足。

本发明设计的技术方案是：一种大型回转设备智能数据采集装置，包括定点红外测温模块1（1）、主模块（2）、图像采集模块（3），定点红外测温模块2（4），与旋转测温模块（5）。定点红外测温模块1（1）、定点红外测温模块2（4）的输出/输入端通过无线方式与主模块（2）输出/输入端相连；主模块（2）输出/输入端通过无线方式与旋转测温模块（5）输出/输入端相连；主模块（2）输出/输入端通过有线方式和图像采集模块（3）输出/输入端相连；主模块（2）通过GRPS与上位机双向通信。

所述主模块，以ARM芯片LPC2132作为主控制芯片，主模块首先负责对标准有线工业信号的采集（标准模拟量及开关量），其次，通过小型传感网收集各无线模块的温度参数或进行图像数据采集，再有，根据上位机或手机命令，控制各无线模块，驱动执行机构，采集、校验、处理及打包各类数据，并通过GPRS方式返回上位机，并保持GPRS连接。在设计中，除标准工业信号外，测量参数中还包括了两路定点红外测温信号、六路旋转红外测温信号及三路图像信号，因为图像信号流量较大，所以设计为可以选择性采集。

所述图像采集模块可分为采集部分及驱动部分，采集部分以VC0706DSP为处理芯片，采集、压缩图像并送至主模块，驱动部分即二维舵机云台，可预设其平面及俯仰位置，从而采集不同角度的图像。

所述定点红外测量模块1、2，硬件结构相同，主控芯片采用C8051F330贴片式芯片，实现定点红外温度检测，并通过无线方式把温度信息传送到主模块。

所述旋转测量模块，主控芯片采用C8051F330贴片式芯片，当以无线方式接收到主模块命令后，驱动云台进行旋转式多点温度采集，并通过其无线单元将采集到的温度数据返回给主模块。

本发明的工作过程是：

智能采集装置的主模块通过其GPRS单元接收上位机所发送的采集命令，进行有线信号、无线模块信号或图像数据采集。有线信号经隔离放大后可直接进行A/D转换；当采集无线模块信号时，主模块需要根据其自定义无线网络协议对上位机命令进行转换，再发给无线模块；图像采集模块和主模块有线连接，可直接采集，因其数据量大，要防止与其它信号采集的冲突。

数据采集完成后都返回到主模块，主模块对其进行校验，剔除错误数据，然后依据与上位机之间的通信协议，处理及打包，通过GPRS方式送往上位机或手，上位机校验正确后方则分类进行显示或图像还原,手机能接收文字信息或以彩信的方式接收图片，但不能进行校验。考虑到数据量及图像采集的偶然性， 图像数据与其它数据分开，单独进行传送。

旋转测量模块所采集的温度为云台预置点的温度，可以通过主模块的标准工业接口基于上位机重新进行设置。

 

本发明的优点与积极效果是：

（1）所发明智能采集装置可以完成图像的传输，基于云台则可以实现全方位角度的图像采集，使操作人员可以更加直观的观察到作业现场的情况，监控人员基于上位机平台或手机平台可随时随地主动索取图像数据或其它数据；

（2）采用了定点红外测温+旋转红外测温的方法。这两种方法的结合克服了现场测试的种种不便，为回转体测温提供了现实可靠手段，大距离比的旋转红外测温模块适合于远距离测量，可通过云台转动对采集轨迹进行控制，理论上可完成无数预置点的温度测量，而定点红外测温模块适合特殊区域的温度测量，如对开发的定点红外测温模块（安装于太钢峨口铁矿球磨机）的参数曲线进行分板，其指标远远优于接触式传感器；

（3）多种组网方式的结合。组网方式可基于“无线+GPRS”方式，也可基于标准工业接口选择“无线+总线（有线方式）”或“无线+总线（无线方式）”或“无线+总线+GPRS”，其中，基于中远距离的无线组网可采用工业数传电台或光纤。监测系统中的控制功能基于双向GPRS技术，在上位机中还采用了花生壳技术，它降低了对服务器IP的要求，每一个接入互联网的PC机都可以成为一个服务器。这些技术的应用使监测系统更为灵活可靠。

 

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为定点红外测量模块1、2组成结构图；

图3为主模块组成结构图；

图4为旋转测量模块组成结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

参见附图1，智能数据采集装置由五部分构成。节点1（1）、红外定点测量模块2（4）、旋转测量模块（5）输入/输出端通过无线方式与主模块（2）输入/输出端相连；主模块（2）采用ARM芯片LPC2132作为主控制芯片，是智能采集装置的主控部；主模块（2）通过有线方式和图像采集模块（3）相连；主模块（2）通过GRPS与上位机相连。主模块（2）采集传统模拟/数字量以及由红外定点测量模块1（1）、红外定点测量模块2（4）、节点3（5）和图像采集模块发送的现场数据，并通过GPRS传至上位机或者用户，同时将上位机命令返回至各采集节点，实现了实时数据采集与控制，组网灵活，测量种类丰富。

     参见附图2，红外定点测量模块1、2结构相同，由五部分组成。电源单元（1）输出与主控单元（4）输入相连；外围接口单元（2）与主控单元（4）输出相连，为显示及按键部分，给用户提供调试接口；红外测温单元（3）与主控单元（4）相连，将现场信号传递至主控单元（4）；主控单元（4）选择C8051F330为主控制器，给各单元提供控制信号，并将现场信息打包通过无线单元（5）传至主模块。

参见附图3，智能数据采集装置主模块包括六个部分。电源单元（1）需要提供多种电压，电源单元（1）输出分别与主控单元（5）、相连；外围接口单元（2）输入与主控单元（4）输出相连，为显示及按键部分，给用户提供调试接口；无线单元（3）输出与主控单元（5）输入相连，用以采集智能数据采集装置的其它子节点信息并传至主控单元（5）；摄像单元（4）输出与主控单元（5）输入相连，将现场图像信号传给主控单元（5）；主控单元（5）给各单元提供控制信号和电源信号，并将现场信息打包通过GPRS单元（8）传至上位机；数据采集单元（7）输出与主控单元（5）输入相连，将现场采集的传统数据信息传至主控单元。

参见附图4，智能数据采集装置旋转测量模块包括六个部分。外围接口单元（1）输入与主控单元（4）输出相连，为显示按键部分，给用户提供接口；电源单元（2）输出与主控单元（4）输入相连；无线单元（3）与主控单元（4）相连，将本节点信息通过无线方式发送至装置主模块；主控单元（4）选择C8051F330为主控制器，给各单元提供控制信号和电源信号；红外测温单元（6）与主控单元（4）相连，将现场信号传递至主控单元（4）；

本发明的工作原理是：

本发明以大型回转设备的关键部位（如轴瓦）等监测为主要目标，以温度测量为主要测量手段，集成了多种通信方式，在客观上能大大节约人工支出，有效提高测量水平，并容易集成到自动化系统中。

红外定点测量模块1、2其硬件结构相同，为自行设计开发的红外温度采集模块，兼有无线发射功能，可固定于重点测试部位。为有效降低干扰及减小模块体积，其电源部分及信号处理部分设计成二块独立的小板。红外定点测量模块1、2接收主模块命令并以自定义协议格式返回采集数据，数据在返回之前已经过数字滤波。

主模块为智能装置的核心部分，其主控器采用LPC2132芯片，其主要作用为采集有线标准工业信号、采集各节点数据、驱动图像单元并采集图像。主模块发送采集命令（有线工业信号不需发送命令）后，对接收到的数据进行校验，当无错后根据协议进行处理及打包，加上帧头信息、帧尾信息、ID信息及校验信息通过GPRS方式发送到上位机，同时，主模块还对GPRS通信通道进行检测，以保持GPRS的正常连接，当其断开后自动重连。

图像采集分为驱动部分及采集部分。驱动部分为二自由度云台，主要由水平及俯仰舵机构成，可根据程序设定摄像的角度及范围，理论上可预置无数个点，设计先设置了三个预置点；采集部分以DSP为核心处理器，它可以根据主模块的命令分批返回图像数据，主模块再把这些数据分批发到上位机。

旋转测量模块主要为红外旋转式测温，很适合大型回转设备炉体的分段测温，它与被测对象之间有个安全距离，其主要工作原理为云台驱动及红外测温单元都位于Modbus总线上，当节点接收到主模块命令时，主控单元分时驱动云台到预置点，到达预置点后方进行温度采集，采集后数据经滤波及处理后经无线传感网络送往主模块。

配备了标准工业数字接口，其包括输入和输出，输入口能过一步扩展装置的信号采集范围（如连接数字传感器），而输出口则丰富了设备的组网方式。

Claims (5)

1.一种大型回转设备智能数据采集装置，包括定点红外测温模块1（1）、主模块（2）、图像采集模块（3），定点红外测温模块2（4），与旋转测温模块（5），其特征在于，定点红外测温模块1（1）、定点红外测温模块2（4）的输出/输入端通过无线方式与主模块（2）输出/输入端相连；主模块（2）输出/输入端通过无线方式与旋转测温模块（5）输出/输入端相连；主模块（2）输出/输入端通过有线方式和图像采集模块（3）输出/输入端相连；主模块（2）通过GRPS与上位机双向通信。

2.根据权利要求1所述的一种大型回转设备智能数据采集装置，其特征在于，旋转测温模块（5）采用采用红外热电堆感应器和专用信号处理芯片，由云台驱动，实现旋转式、多方位、长距离采集设备温度；定点红外测温模块1（1）、定点红外测温模块2（4）采用相同传感器进行设备温度的定点、重点采集；旋转测量模块（5）和定点测量模块1（1）、2（4）结合实现了设备现场温度的全方位采集。

3.根据权利要求1所述的一种大型回转设备智能数据采集装置，其特征在于，所述的主模块（2）采用无线、有线、双向GPRS等多种通信组合方式，将现场回转设备的温度、图像信息发送至远程终端，并接收远程终端命令，实现了设备的远程监控。

4.根据权利要求1所述的一种大型回转设备智能数据采集装置，其特征在于，所述的图像采集模块（4）通过工业级图像采集处理设备，由云台驱动，全方位采集设备现场图像信号并进行处理，将信号通过串行通信发送至主模块，实现回转设备的现场图像多方位采集。

5.根据权利要求1所述的一种大型回转设备智能数据采集装置，其特征在于，在配备GPRS前提下，同时配备了工业标准无线接口，可进行多种方式如“无线+GPRS+总线”、“无线+GPRS”等多种组网方式。

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