CN103777610B - 大型框架式液压机智能监控与维护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型框架式液压机智能监控与维护系统，系统由远程维护中心和分布在异地的多个智能前端单元和多个本地监控中心组成。智能前端单元与本地监控中心通过以太网连接，智能前端单元与远程维护中心通过无线网络构成星形网络；本地监控中心包括本地状态监控模块、本地数据存储模块和工艺二维码生成器；智能前端单元包括微处理器、数据存储模块、现场数据交互模块、短信模块、GPRS模块、工艺自动录入模块和液晶显示模块；远程维护中心包括远程数据存储模块、远程状态监控模块和故障诊断模块；本发明系统具有现场监控功能、高速数据处理能力和完善的远程服务，实用性强且应用广泛。

Description

大型框架式液压机智能监控与维护系统

技术领域：

本发明属于制造设备的智能监控和维护技术，特别是大型框架式液压机的智能监控和维护系统。

背景技术：

“十二五规划”将“高端制造装备智能化”列为重点发展方向。大型框架式液压机作为“高端制造装备”中的重要一员，对其进行智能监控和维护符合时代需求，具有广阔的情景。目前对大型框架式液压机的监控往往是基于PLC控制器，控制系统功能较少，可移植性较差，且一般不能处理视频信息。

如申请号为CN201110420799.6的发明专利公开了一种大型液压机的监测系统，包括：多个监测设备，及通过EtherCAT总线与所述多个监测设备数据连接的控制端设备；所述监测设备用于监测所述液压机以获取监测数据，并通过所述EtherCAT总线将所述监测数据实时地发送给所述控制端设备；所述控制端设备接收所述监测设备发送的监测数据并进行显示；并对所述多个监测设备进行控制。该方案没有视频采集模块及远程通信模块等，不能进行视频采集远程通信等功能，且不能很好的进行实时数据处理。

如申请号为CN200910070143.9公开一种基于因特网和FactoryTalk平台的远程监控和诊断方法，包括因特网网络，AB公司的factorytalk通讯平台，AB公司的RsLinx、FactoryTalkView5.0、RsLogix5000软件，远程监控及诊断用计算机，触摸屏、上位机、PLC构成的液压机数控系统，用于远程监控和诊断故障的远程计算机基于软件平台通讯协议经由因特网网络与触摸屏、上位机、PLC构成的液压机数控系统相连，进行远程监控和诊断故障。该方案不能进行视频监控、缺少短信报警模块、工艺自动录入模块[9]且接口较少。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种大型框架式液压机智能监控和维护系统，系统的实时性与可靠性高，易扩展易维护，方便用户。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种大型框架式液压机智能监控和维护系统，由远程维护中心和分布在异地的多个智能前端单元和多个本地监控中心组成；智能前端单元与本地监控中心通过以太网连接，智能前端单元与远程维护中心通过无线网络构成星形网络；本地监控中心包括本地状态监控模块、本地数据存储模块和工艺二维码生成器；智能前端单元包括微处理器、数据存储模块、现场数据交互模块、短信模块、GPRS模块、工艺自动录入模块和液晶显示模块；远程维护中心包括远程数据存储模块、远程状态监控模块和故障诊断模块；智能前端单元中数据存储模块包括SD卡和FLASH存储器；现场数据交互模块包括以太网接口、USART接口、USB接口、A/D口、D/A口和Carema接口；液晶显示模块包括液晶显示器和触摸屏；智能前端单元中的数据存储模块、现场数据交互模块、短信模块、GPRS模块、工艺自动录入模块和液晶显示模块通过相应的接口分别与微处理器相连，智能前端单元通过现场数据交互模块与采集大型框架式液压机的运行状态信号的外部PLC进行数据交互；数据存储模块将现场数据交互模块接收的数据进行存储；微处理器接收现场数据交互模块的数据，并与预先设定的正常值范围进行比较，大于或小于正常值范围的值将通过短信模块以短信形式发送到设备维护员手机上；现场数据交互模块的数据经过微处理器按压力、流量、位移、速度、温度、振动量的顺序打包处理形成远程数据包和现场数据包两种形式，远程数据包通过GPRS模块传给远程维护中心，现场数据包通过以太网接口传给本地监控中心；工艺自动录入模块通过二维码QR码扫描枪将工艺二维码的数据传递给智能前端单元，之后再通过现场数据交互模块将扫描的二维码数据传递给PLC，实现工艺控制；液晶显示模块对现场数据交互模块采集的数据进行显示；本地监控中心通过工控机接收以太网采集智能监控单元发送的现场数据包实现本地监控功能，本地状态监控模块和本地数据存储模块分别对以太网传来的数据进行显示和存储，二维码生成器则负责生成大型框架式液压机的加工工艺二维码；远程维护中心通过远程服务器接收GPRS网络发送来的远程数据包，分别通过远程监控模块和远程数据存储模块进行数据显示和存储，故障诊断模块通过多源信息融合的方式对远程数据包中的液压机运行状态信息进行故障诊断，诊断结果通过GPRS网络发送给智能前端单元。

智能前端单元中处理器为ARM+DSP双核处理器，其中ARM内核主要与PLC进行通信，采集大型框架式液压机的电磁阀开关状态、电机状态、滑块转态、缓冲缸状态、夹紧缸状态和浮起缸状态，同时能进行以太网通信、GPRS通信、短信模块通信、液晶显示通信、工艺自动录入模块通信和进行数据存储；微处理器DSP内核模块通过多路高速A/D模块与检测压力、速度、位移、温度参数的传感器进行通信，通过多路高速D/A模块与多路比例阀等阀体进行通信，同时还对摄像头采集的数据进行高速处理；数据存储模块中SD卡通过SDIO与微处理器相连，FLASH存储器通过SPI与微处理器相连；现场数据交互模块中以太网通过以太网接口与微处理器连接，PLC通过RS-485总线经RS-485口与微处理器连接，USB设备通过USB接口与微处理器连接，多路传感器通过A/D口与微处理器连接，微处理器通过D/A口对多路阀体进行控制，摄像头通过Carema接口与微处理器进行连接；短信模块通过D/A口与微处理器连接； GPRS模块通过RS-232口与微处理器连接；工艺自动录入模块主要包括二维码QR码扫描枪，二维码QR码扫描枪通过RS-232接口与智能前端单元连接，微处理器对二维码扫描器扫描的信息进行QR码解码，最终通过RS-485接口将工艺参数传递给PLC，实现状态控制；液晶显示模块中液晶显示器通过FSMC接口与微处理器连接，触摸屏通过SPI接口与微处理器连接。

本地监控中心包括本地状态监控模块、本地数据存储模块和工艺二维码生成器；其中本地状态监控模块能将智能前端单元通过以太网传输的压力、流量、位移、速度、温度等数据进行状态显示；本地数据存储模块对采集的压力、流量、位移、速度、温度等数据进行存储；工艺二维码生成器模块通过QR编码方式对液压机加工工艺进行二维码编码，将主缸压力、液压垫压力、缓冲缸压力、液压垫上限、液压垫上限、主缸上限、主缸下限、保压延时时间、泄压延时时间工艺参数变成二维码形式，以便作为工艺自动录入模块的工艺二维码。

短信模块包括电源模块、PLC2378控制器、SIM9OOA芯片和MAX3232电平转换模块；其中PLC2378控制器与各模块相连，PLC2378控制器与智能前端单元微处理器通过RS-232接口通信；短信模块对主缸上腔压力、主缸下腔压力、上油箱温度和下油箱温度状态量进行监控，并且对经过微处理器与预先设定的正常值范围进行比较，大于或小于正常值范围的值将通过短信模块以短信形式发送到设备维护员手机上。

远程维护中心中的远程数据存储模块把GPRS网络发送来的压力、流量、位移、速度、温度数据保存到数据库中；远程状态监控模块将GPRS网络发送来的压力、流量、位移、速度、温度数据进行实时显示；故障诊断模块对监测的大型框架式液压机的压力、流量、温度等状态通过多源信息融合技术中神经网络与D-S论据相结合的方式对其进行故障诊断，并将诊断结果通过GPRS网络发送到智能前端单元。

本发明与现有的技术相比，其显著优点：（1）系统采用了GPRS模块、以太网、短信模块通信方式，分工监控又有机的组成监控系统，增强了系统的可靠性。（2）系统使用ARM+DSP双核处理器，系统处理速度较快，能较好的满足系统对于高效性的要求。（3）系统使用了工艺自动录入模块，能快速的进行工艺录入，方便快捷，提高生产效率。（4）系统采用多路高速A/D，D/A，能高速的进行数据传递。

附图说明：

图1为本发明大型框架式液压机智能监控与维护系统总体构成示意图。

图2为本发明智能前端单元硬件结构示意图。

图3为本发明智能前端单元系统软件任务划分示意图。

图4为本发明远程维护中心软件设计总体框图。

具体实施方式：

下面结合附图，对本发明做进一步说明。

结合图1，说明大型框架式液压机智能监控与维护系统的总体结构，它包括远程维护中心和分布在异地的多个智能前端单元和多个本地监控中心组成；智能前端单元与本地监控中心通过以太网连接，智能前端单元与远程维护中心通过无线网络构成星形网络；本地监控中心包括本地状态监控模块1、本地数据存储模块2和工艺二维码生成器3；智能前端单元包括ARM+DSP双内核处理器4、数据存储模块5、现场数据交互模块6、短信模块7、GPRS模块8、工艺自动录入模块9和液晶显示模块10；远程维护中心包括远程数据存储模块11、远程状态监控模块12和故障诊断模块13。智能前端单元中的数据存储模块5、现场数据交互模块6、短信模块7、GPRS模块8、工艺自动录入模块9和液晶显示模块10通过相应的接口与微处理器4相连。智能前端单元通过现场数据交互模块6与采集大型框架式液压机的运行状态信号的外部PLC通过Modbus协议进行数据交互；数据存储模块5将现场数据交互模块6接收的数据进行存储；ARM+DSP双内核处理器4接收现场数据交互模块6的数据，并与预先设定的正常值范围进行比较，大于或小于正常值范围的值将通过短信模块7以短信形式发送到设备维护员手机上；现场数据交互模块6的数据经过微处理器按压力、流量、位移、速度、温度的顺序打包处理形成远程数据包和现场数据包两种形式，远程数据包通过GPRS模块8传给远程维护中心和现场数据包通过以太网接口传给本地监控中心；工艺自动录入模块9通过二维码QR码扫描枪将工艺二维码的数据传递给智能前端单元，之后在通过现场数据交互模块6将扫描的二维码数据传递给PLC，实现工艺控制；液晶显示模块10能对现场数据交互模块6采集的状态进行显示，并且能通过现场数据交互模块6将调整的工艺传递给PLC。

结合图1，本地监控中心与智能前端单元通过以太网通信，通信协议采用LWIP协议，LWIP协议开源且方便移植。本地监控中心主要负责对大型框架式液压机的主缸压力、速度及行程，油缸温度等重要参量进行监控，并对相应的数据进行存储管理。同时，本地监控中心通过工艺二维码生成器3使用QR编码方式将主缸压力、液压垫压力、缓冲缸压力、液压垫上限、液压垫上限、主缸上限、主缸下限、保压延时时间、泄压延时时间等工艺参数变成二维码形式，作为工艺自动录入模块9的工艺二维码。

结合图1，远程维护中心与智能前端单元通过GPRS进行通信。远程维护中心处于系统的最高层，通过GPRS网络与分布在异地的多个智能前端单元交互数据，以便进行远程维护。远程维护中心包括远程数据存储模块11、远程状态监控模块12和故障诊断模块13。其中远程数据存储模块11能把GPRS网络发送来的压力、流量、位移、速度、温度等数据保存到数据库中；远程状态监控模块12能将GPRS网络发送来的压力、流量、位移、速度、温度等数据进行实时显示；故障诊断模块13能对监测的大型框架式液压机的压力、流量、温度、振动量等状态通过多源信息融合技术中神经网络与D-S论据相结合的方式对其进行故障诊断，并能及时的将诊断结果通过GPRS网络发送到智能前端单元。

结合图2，说明智能前端单元硬件结构。能前端单元包括ARM+DSP双内核处理器4、数据存储模块5、现场数据交互模块6、短信模块7、GPRS模块8、工艺自动录入模块9和液晶显示模块10；智能前端单元的核心处理器4为ARM+DSP双核处理器，其中ARM内核主要与PLC进行通信，采集大型框架式液压机的电磁阀开关状态、电机状态、滑块转态、缓冲缸状态、夹紧缸状态和浮起缸状态，同时能进行以太网通信、GPRS模块通信8、短信模块7通信、液晶显示模块10通信、工艺自动录入模块9通信和进行数据存储5。微处理器4的DSP内核模块能通过多路高速A/D模块与检测压力、速度、位移、温度等参数的传感器进行通信，能通过多路高速D/A模块与多路比例阀等阀体进行通信，同时还能对摄像头采集的数据进行高速处理；ARM内核及DSP内核充分的发挥各自的优势，更好的实现了系统的控制。数据存储模块5包括SD卡和FLASH存储器，SD卡模块是为了扩大信息存储容量以便进行大容量的信息存储；Flash模块能对数据进行断电保存；现场数据交互模块6包括以太网接口、USART接口、USB接口、A/D口、D/A口和Carema接口。其中USB模块为扩充模块；USART接口负责与GPRS、PLC及二维码扫描枪进行通信；以太网模块负责与本地监控中心进行通信；多路A/D、D/A模块则通过高速A/D、D/A转换芯片进行高速数据转换，高速A/D模块负责采集压力、流量、位移、温度等运行参量，高速D/A模块负责将比例阀开度参量输出到各路比例阀，进而控制液压系统；摄像头模块与微处理器4通过Carema接口连接，可以对液压机的运行实际情况进行采集显示，便于监控诊断。

结合图2,智能前端单元中短信模块7与微处理器4通过D/A连接，短信模块7能对主缸上腔压力、主缸下腔压力、上油箱温度和下油箱温度等状态量进行监控，并且能对经过微处理器4与预先设定的正常值范围进行比较，大于或小于正常值范围的值将通过短信模块7以短信形式发送到设备维护员手机上。GPRS模块8通过RS-232接口与微处理器4连接，微处理器4对于要进行远程发送的数据按压力、流量、位移、速度、温度、振动顺序进行打包处理，并将其发送到RS-232口， GPRS模块8能RS-232口的数据通过GPRS无线网络发送给远程服务中心。

结合图2，智能前端单元中工艺自动录入模块9通过RS-232接口与微处理器4连接，其主要设备是QR二维码扫描枪， QR二维码扫描枪能对工艺单上二维码进行扫描，将扫描的信息通过RS-232接口送往微处理器4进行QR解析处理，最后将处理的结果通过RS-485输送给PLC，PLC按照指定的工艺实现动作控制。

结合图2，智能前端单元中液晶显示模块10由液晶显示器和触摸屏两部分组成。其中液晶显示器通过FSMC口与处理连接，触摸屏通过SPI与微处理器4连接，它们共同完成用户设定、状态显示及工艺更改等功能。用户设定包括对用户的登入进行设定，对用户的添加、删除及使用权限进行设定；状态显示包括对大型框架式液压机的各部分的压力、流量、位移及开关量等进行显示；工艺更改能对大型框架式液压机的工艺进行查看、修改等操作。

结合图3，智能前端单元系统软件任务划分。软件系统包括驱动层、操作系统层和应用层。驱动层主要负责底层硬件的初始化和功能配置；操作系统采用了实时性较好的uCos-II操作系统，uCos-II操作系统较之LINUX操作系统在编程简单程度及实时性等方面都有较大的优势；应用层主要负责具体模块任务的实现。

结合图4，说明远程维护中心软件设计总体框图。远程维护中心包括远程数据存储模块11、远程状态监控模块12和故障诊断模块13。首先，远程维护中心能对GPRS网络采集到的数据分别通过远程数据存储模块11和远程状态监测模块12进行数据存储和实时显示；其次，当大型框架式液压机发生故障时，故障诊断模块13通过对大型框架式液压机的电机状态、液压泵状态、主缸状态、液压状态、缓冲缸状态、油箱状态、主进油油路状态和主回油油路状态等状态的获取，先将它们按压力、流量和振动等类别划分为三类，然后使用三组神经网络算法对大型框架式液压机进行故障诊断，并将诊断的结果作为D-S论据的概率进行进一步的诊断，最后诊断结果一部分返回远程维护界面，另一部分通过GPRS网络发送到智能前端单元。

Claims (4)

1.一种大型框架式液压机智能监控与维护系统，其特征在于：由远程维护中心和分布在异地的多个智能前端单元和多个本地监控中心组成；智能前端单元与本地监控中心通过以太网连接，智能前端单元与远程维护中心通过无线网络构成星形网络；本地监控中心包括本地状态监控模块[1]、本地数据存储模块[2]和工艺二维码生成器[3]；智能前端单元包括微处理器[4]、数据存储模块[5]、现场数据交互模块[6]、短信模块[7]、GPRS模块[8]、工艺自动录入模块[9]和液晶显示模块[10]；远程维护中心包括远程数据存储模块[11]、远程状态监控模块[12]和故障诊断模块[13]；智能前端单元中的数据存储模块[5]、现场数据交互模块[6]、短信模块[7]、GPRS模块[8]、工艺自动录入模块[9]和液晶显示模块[10]通过相应的接口分别与微处理器[4]相连，智能前端单元通过现场数据交互模块[6]与采集大型框架式液压机运行状态信号的外部PLC进行数据交互；数据存储模块[5]将现场数据交互模块[6]接收的数据进行存储；微处理器[4]接收现场数据交互模块[6]的数据，并与预先设定的正常值范围进行比较，大于或小于正常值范围的值将通过短信模块[7]以短信形式发送到设备维护员手机上；现场数据交互模块[6]的数据经过微处理器[4]按压力、流量、位移、速度、温度、振动量的顺序打包处理形成远程数据包和现场数据包两种形式，远程数据包通过GPRS模块[8]传给远程维护中心，现场数据包通过以太网接口传给本地监控中心；工艺自动录入模块[9]通过二维码QR码扫描枪将工艺二维码的数据传递给智能前端单元，之后再通过现场数据交互模块[6]将扫描的二维码数据传递给PLC，实现工艺控制；液晶显示模块[10]对现场数据交互模块[6]采集的数据进行显示；本地监控中心通过工控机接收以太网采集智能监控单元发送的现场数据包实现本地监控功能，本地状态监控模块[1]和本地数据存储模块[2]分别对以太网传来的数据进行显示和存储，工艺二维码生成器[3]则负责生成大型框架式液压机的加工工艺二维码；远程维护中心通过远程服务器接收GPRS网络发送来的远程数据包，分别通过远程状态监控模块[12]和远程数据存储模块[11]进行数据显示和存储，故障诊断模块[13]通过多源信息融合的方式对远程数据包中的液压机运行状态信息进行故障诊断，诊断结果通过GPRS网络发送给智能前端单元；所述智能前端单元中处理器[4]为ARM+DSP双核处理器[4]，其中ARM内核与PLC进行通信，采集大型框架式液压机的电磁阀开关状态、电机状态、滑块状态、缓冲缸状态、夹紧缸状态和浮起缸状态，同时进行以太网通信、GPRS模块[8]通信、短信模块[7]通信、液晶显示模块[10]通信、工艺自动录入模块[9]通信和进行数据存储；微处理器[4]DSP内核模块通过多路高速A/D模块与检测压力、速度、位移、温度参数的传感器进行通信，通过多路高速D/A模块与多路比例阀进行通信，同时还对摄像头采集的数据进行高速处理；数据存储模块[5]包括SD卡和FLASH存储器；现场数据交互模块[6]包括以太网接口、USART接口、USB接口、A/D口、D/A口和Carema接口；数据存储模块[5]中SD卡通过SDIO与微处理器[4]相连，FLASH存储器通过SPI与微处理器[4]相连；现场数据交互模块[6]中以太网通过以太网接口与微处理器[4]连接，PLC通过RS-485总线经RS-485口与微处理器[4]连接，USB设备通过USB接口与微处理器[4]连接，多路传感器通过A/D口与微处理器[4]连接，微处理器[4]通过D/A口对多路阀体进行控制，摄像头通过Carema接口与微处理器[4]进行连接；短信模块[7]通过D/A口与微处理器[4]连接； GPRS模块[8]通过RS-232口与微处理器[4]连接；工艺自动录入模块[9]包括二维码QR码扫描枪，二维码QR码扫描枪通过RS-232接口与智能前端单元连接，微处理器[4]对二维码扫描器扫描的信息进行QR码解码，最终通过RS-485接口将工艺参数传递给PLC，实现状态控制；液晶显示模块[10]包括液晶显示器和触摸屏，液晶显示器通过FSMC接口与微处理器[4]连接，触摸屏通过SPI接口与微处理器[4]连接。

2.根据权利要求1所述的大型框架式液压机智能监控与维护系统，其特征在于：所述本地监控中心中本地状态监控模块[1]将智能前端单元通过以太网传输的压力、流量、位移、速度、温度数据进行状态显示；本地数据存储模块[2]对采集的压力、流量、位移、速度、温度数据进行存储；工艺二维码生成器[3]模块通过QR编码方式对液压机加工工艺进行二维码编码，将主缸压力、液压垫压力、缓冲缸压力、液压垫上限、液压垫下限、主缸上限、主缸下限、保压延时时间、泄压延时时间工艺参数变成二维码形式，作为工艺自动录入模块[9]的工艺二维码。

3.根据权利要求1所述的大型框架式液压机智能监控与维护系统，其特征在于：所述短信模块[7]包括电源模块、PLC2378控制器、SIM9OOA芯片和MAX3232电平转换模块；其中PLC2378控制器与其余各模块相连，PLC2378控制器与智能前端单元微处理器[4]通过RS-232接口通信；短信模块[7]对主缸上腔压力、主缸下腔压力、上油箱温度和下油箱温度状态量进行监控，并且对经过微处理器[4]与预先设定的正常值范围进行比较，大于或小于正常值范围的值将通过短信模块[7]以短信形式发送到设备维护员手机上。

4.根据权利要求1所述的大型框架式液压机智能监控与维护系统，其特征在于：所述远程维护中心中的远程数据存储模块[11]把GPRS网络发送来的压力、流量、位移、速度、温度数据保存到数据库中；远程状态监控模块[12]将GPRS网络发送来的压力、流量、位移、速度、温度数据进行实时显示；故障诊断模块[13]对监测的大型框架式液压机的压力、流量、温度状态通过多源信息融合技术中神经网络与D-S论据相结合的方式对其进行故障诊断，并将诊断结果通过GPRS网络发送到智能前端单元。