CN103207604A - 嵌入式通风机运行状态在线监测与故障诊断系统 - Google Patents

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付胜
刘朴
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Abstract

一种通风机在线监测与故障诊断系统，其特征在于：数据采集模块内包括温度传感器、振动传感器、风压风量传感器以及智能仪表；数据采集模块有两种方式连接嵌入式硬件系统，一种为通信接口，另一种为以太网接口；所述的嵌入式硬件系统包括：负责数据后期处理和外围接口控制的ARM中央处理机构，与ARM中央处理机构连接的用于对通风机运行状态进行保存的SD卡，用于人机交互的鼠标键盘，用于通风机状态量实时显示的触摸屏和远程放大显示的TV-out接口，用于通信的网口和串口，用于通风机异常状态量阈值报警的音频模块。本系统从整体上实现在嵌入式设备上对通风机各运行状态量的数据采集、显示与故障诊断，提高了监测可靠性和稳定性，缩小了体积，降低了成本。

Description

嵌入式通风机运行状态在线监测与故障诊断系统
技术领域
本发明涉及一种通风机状态监测与故障诊断系统，它特别适用于对通风机运行状态的监测和故障的预警与诊断，属于工业监控及诊断领域。
背景技术
现有的通风机监测系统多采用数字仪表，人工定时监测的方式，每个厂房均需要配备大量的人力、物力以保证通风机的正常运转，实时性差。同时以人工识别通风机的故障，这就容易造成通风机的过维修。另一种系统是以PLC控制器为核心部件的控制柜作为数据采集环节，通过以太网与上位机进行通讯，上位机采用工控机实现通风机运行状态参量的实时显示，在一定程度上降低了人的劳动强度，但是整个系统体积较大、安装复杂，基于PC机的监测系统也容易产生误操作，系统稳定性受到了极大的影响，很大程度上降低了监测可靠度。最新的智能监测系统也有基于嵌入式的，但是这种监测系统功能单一，性能较差，远远不能满足工业监测及诊断的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通风机运行状态在线监测和故障诊断系统，在保证对通风机运行状态参量实时监测的同时，对通风机进行故障预警和诊断,并根据诊断结果提出相应的维护建议，提高监测系统的稳定性、可靠性和轻便性以及功能的多样性。
本发明是采用以下技术手段实现的：
一种通风机在线监测与故障诊断系统，其特征在于：数据采集模块内包括温度传感器、振动传感器、风压风量传感器以及智能仪表；数据采集模块有两种方式连接嵌入式硬件系统，一种为通信接口，另一种为以太网接口；
所述的嵌入式硬件系统包括：负责数据后期处理和外围接口控制的ARM中央处理机构，与ARM中央处理机构连接的用于对通风机运行状态进行保存的SD卡，用于人机交互的鼠标键盘，用于通风机状态量实时显示的触摸屏和远程放大显示的TV-out接口，用于通信的网口和串口，用于通风机异常状态量阈值报警的音频模块。
进一步，所述的通信接口为RS485，所述的以太网接口为RJ45。
前述的通信总线为RS-485。
前述的扩展串口为RS232。
本系统可以通过传感器传递数据，通过算法分析，当发生故障时，反馈确认出传感器的位置，从而定位故障的位置。
本系统另配有TV-out接口，可以传输到大屏幕上，实现双屏显示，便于观察和演示数据。
本发明实现了一种基于嵌入式通风机在线监测与故障诊断系统，与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果。
本发明为一种基于嵌入式技术的通风机在线监测与故障诊断系统，实现对通风机运行状态监测量的实时显示，同时运用信息融合技术进行故障诊断，当诊断系统监测到通风机的运行状态异常时，系统将自动报警，并弹出诊断报告，显示风机异常位置，给出合理的维护建议，有助于操作员做出及时合理操作，在最大程度上保证通风机设备的安全。本嵌入式系统实现了将监测技术，故障诊断并定位技术，工业组网，数据库多种技术的融合体现在了嵌入式设备上，是以前监测设备所不具备的，功能多样性，用途多样性，极大的丰富了嵌入式在通风机监测上的应用。本嵌入式系统可对通风机运行状况以及通风机异常及所有参数进行记录，归档到SQLite数据库，并可将报警记录以.txt格式存储到系统所带的SD卡中，以便日后查看及数据分析。
附图说明
图1为两种数据采集方式与嵌入式硬件系统模块之间连接示意图。
图2为基于RS485通讯方式的数据采集系统
图3为基于工业以太网通讯方式的数据采集系统
具体实施方式
下面将结合附图对本发明进行详细描述:
请参阅图1所示，为各模块之间的相互关系示意图。本系统中，硬件系统主要分为ARM中央处理机构、嵌入式总线模块、通讯模块以及各种外围接口。其中嵌入式总线模块负责前端数据采集；ARM负责数据后期处理和外围接口控制。外围接口包括SD卡，主要用于对通风机运行状态进行保存；用于人机交互的鼠标键盘；用于通风机状态量实时显示的触摸屏；用于输出到液晶电视的TV-out接口；用于通信的网口和串口，支持两种数据采集方式。一种是串口与嵌入式现场模块连接用于对通风机状态参量的数据传输，另一种是网口连接工业以太网，从网络上解析得到数据；用于通风机异常状态量阈值报警的音频模块等。
请参阅图2和图3所示，为两种通风机状态参量数据采集方式示意图。图2所示的数据采集方式中，是一种基于工业常用的MODBUS协议的数据传输方式。在采用这种采集方式下，包括高精度温度传感器、高精度负压传感器、高精度振动传感器、具备RS485-modbus通讯功能的温度、负压、振动及电流电压智能仪表。为能准确的反馈通风机运行状态，各类传感器都有严格的安装方式。通风机和电机轴瓦温度传感器探头需要在安装风机外壳之前将其固定于靠近轴瓦表面位置，电机定子温度传感器应伸入电机内部靠近A、B、C定子表面，负压传感器的负压管应安装于通风机外壁通风口处，振动传感器应安装在通风机x、z方向外壳上用紧固螺栓相连。高精度温度、负压、振动传感器分别与智能仪表连接。智能仪表均支持RS485-modbus通讯方式，智能仪表的485接口采用专用485双绞屏蔽线相连，接线方式采用了菊花链拓扑结构（手牵手链接方式），其主要优点是提供集中管理的扩展端口，智能仪表经RS485嵌入式硬件平台实现数据通讯。
图3所示数据采集方式中，采用基于TCP/IP协议的工业以太网数据传输方式。在这种采集方式下，它包括温度传感器、负压传感器、振动传感器、具备RS485-modbus通讯功能的温度及电流电压智能仪表，直接连接传感器的I/O模块，PLC可编程控制器，以太网模块。传感器的连接原理同上。这种基于工业以太网的数据传输，遵循TCP/IP协议，是全开放、全数字化，可以实现不同厂商间的设备互联，软硬件成本低廉，可以实现工业监控网络与企业信息网络的无缝连接。采用这种采集方式，本系统可以在工业监控网络的任意位置进行监测和诊断。
本系统中，由传感器及智能仪表组成的采集单元，将对矿用通风机运行状态量进行采集。采集到的状态信号通过RS485通讯总线（或者工业以太网）与基于ARM的嵌入式监测与诊断平台通讯，在ARM处理器的控制下将通风机状态量送入显示设备实时显示，如出现异常值可控制音频模块发出声音报警，诊断出故障位置，给出维护建议，并将通风机运行状态数据保存到扩展SD卡中。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种通风机在线监测与故障诊断系统，其特征在于：数据采集模块内包括温度传感器、振动传感器、风压风量传感器以及智能仪表；数据采集模块有两种方式连接嵌入式硬件系统，一种为通信接口，另一种为以太网接口；
所述的嵌入式硬件系统包括：负责数据后期处理和外围接口控制的ARM中央处理机构，与ARM中央处理机构连接的用于对通风机运行状态进行保存的SD卡，用于人机交互的鼠标键盘，用于通风机状态量实时显示的触摸屏和远程放大显示的TV-out接口，用于通信的网口和串口，用于通风机异常状态量阈值报警的音频模块。
2.根据权利要求1所述的通风机运行状态在线监测与故障诊断系统，其特征在于：所述的通信接口为RS485，所述的以太网接口为RJ45。
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