CN104182480A - 一种可导入巡检路径的手持式工业设备巡检仪的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可导入巡检路径的手持式工业设备巡检仪的实现方法。巡检仪的数据处理单元以微控制器MCU作为中心控制单元，在微控制器MCU上设置巡检路径模式与非巡检路径模式。在微控制器MCU外围设置USB接口用于与上位机进行通讯，上传采集数据及下发巡检路径文件。在上位机上完成由各个巡检点组成巡检路径，巡检路径文件存储以二级索引方式检索，巡检路径中由上位机确定的测点编号与巡检仪中的测点一一对应。检测数据存储在SD卡或flash存储器上并上传至上位机。本发明依据巡检路径和非巡检路径进行检测，巡检路径文件存储以二级索引方式检索，操作界面人机交互，保证对被检工业设备的有序、优化检测，不遗漏、不重复，提高检测效率。

Description

一种可导入巡检路径的手持式工业设备巡检仪的实现方法

一、技术领域

本发明涉及电子应用技术领域，属于工业设备检测范畴，具体是一种可导入巡检路径的手持式工业设备巡检仪的实现方法。

二、背景技术

目前，在现代化大规模工业生产和加工现场，运行的设备种类众多，数量繁杂，为保证各种设备能够保持正常的运行、运转，需要工程巡检人员定期或不定期对所有生产设备进行巡视检查。针对现代工业生产的需要，为进一步提高工作人员巡检效率，生产企业需要为巡视检查人员配备设备巡检仪，用于测量、记录和跟踪机器状态，发现异常，并及时处理与维护，实现设备可靠性管理。对企业而言，需要进行检测的设备及测点会有许多，设备所属部门、分布位置不同，或有多人从事设备检测工作，每人所面对的检测设备对象亦可能需要几天才能完成这些设备测点一个周期的检测。即设备的检测工作可按设备所属部门、或设备位置、或检测人、或检测时间、或上述几种方法的综合等分类方式来进行。我们把上述各种设备检测工作的进行方式称为巡检路径。如何制定统一、高效率的巡检路径和高质量的巡检仪是企业稳定、快捷完成工业设备检测工作的重点。而现有的手持式工业巡检仪上还不能设计巡检路径软件，不具智能检测功能。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种可导入巡检路径的手持式工业设备巡检仪的实现方法。依据本方法，可在上位机上设计好巡检路径，在巡检仪上导入需要的巡检路径，巡检仪设置按照巡检路径和非巡检路径两种模式，操作员能够依据巡检路径进行巡检或自主随机巡检。本发明主要用于机械设备检测，巡检仪检测工业设备并记录设备运行状态，采集检测6类数据保存及上传。配置环境参数及采集参数，提供菜单界面交互。

本发明的目的是这样达到的：一种可导入巡检路径的手持式工业设备巡检仪的实现方法，其特征在于：巡检仪的数据处理单元以微控制器MCU作为中心控制单元，在微控制器MCU上设置巡检路径模式与非巡检路径模式两种类型，由操作者根据需要自主确定模式类型；在微控制器MCU外围设置USB接口，USB接口用于与上位机进行通讯，上传采集数据及下发巡检路径文件；在上位机上完成由各个巡检点组成巡检路径，巡检路径文件存储以二级索引方式检索，通过USB接口下传至巡检仪上，巡检路径中由上位机确定的测点编号与巡检仪中的测点一一对应，由操作者根据巡检路径对各个测点进行检测；检测数据通过信号采集器传送到微控制器上，在微控制器的外围设置SD卡接口和flash存储器，采集到的数据存储在SD卡和/或flash存储器上，同时上传到上位机；巡检仪与上位机通讯方式是：巡检仪与上位机采用USB接口进行数据通讯，将巡检仪识别为USB device设备，当巡检仪插入上位机USB接口后，在上位机设备管理器中生成新盘符，并以固定盘符名称命名。

所述巡检路径文件存储以二级索引方式检索，分为四个组成部份：包括，巡检路径文件头、一级设备索引、二级测点索引、巡检路径测点具体信息；巡检路径文件头包含整体巡检容量、长度及内容描述信息；一级设备索引包含单个巡检点的描述信息；二级索引包含单个巡检点中对应测点描述信息；巡检路径测点具体信息是对单个测点测量信息的配置或描述；所述一级设备索引是以iBotton电子纽扣编号或设备名进行统计。

所述巡检路径文件头中存放对当前巡检路径的总体性描述，包括本巡检路径完整名称、巡检路径上的设备总数或巡检点数，一级索引总数及各一级索引的偏移位置信息；当本巡检文件被使用过后，在头部还记录有当前正在进行的巡检点的编号；当本巡检路径全部完成时，标记出已完成指示；巡检路径文件头部共占用76字节。

所述巡检路径文件一级索引记录有巡检点信息，首先通过索引类型标记判断本索引以iButton编号还是以设备名进行检索，并根据响应选择类型读出设备名称，二级索引偏移位置及对应的测点数量；当巡检点检测完成则标示出已完成标记；一级索引单个区段占用80字节，巡检路径文件最多容纳20条索引。

所述二级测点索引信息包括巡检点所对应的测点序号，巡检数据类型，测点编号，测点名称，巡检类偏移量，当测点检测完成则标示出已完成标记；单条二级索引结构占用56字节；

所述巡检路径测点具体信息为具体测点采集的不同类型数据，共分六类，

A)基本振动类：采集单通道的振动数据并实时显示振动数据波形保存于巡检中；

B)双通道振动类：两通道同时采集振动数据，并实时显示两个通道的数据曲线，比对分析两数据的差异，将结果数据保存于巡检仪中；

C)测温类：采集巡检点的环境温度和设备表面温度数据，并保存于巡检仪中；

D)状态类：读取设备现场数据信息；

E)代码类：根据预设选项保存普通描述性的检测数据；

F)观察类：保存一般描述性的检测数据。

在巡检仪与上位机采用USB接口进行数据通讯时，打开该磁盘设备，根目录存放两个目录：patrol和storage目录，patrol目录中存放巡检路径文件，每个巡检路径生成一个文件；采集数据存放在storage目录中并以日期为单位生产子目录；子目录中存放采集的具体数据文件，文件名以小时为单位生成，文件名均以英文与数字组合的方式命名；巡检路径生成信息填充以参数序号索引值作为输入，而采集数据中的数值已转换为实际结果。

巡检仪采集的数据信息命名以英文字母加数字的方式命名，不包含后缀名字符长度不超过8个，后缀名为.pth，文件以fat文件格式存储，文件名以8.3方式命名；巡检路径文件存放位置：在根目录下有/patrol目录存放巡检路径；数据存储采用平铺式存储，不包含索引，所有新采集数据均以追加方式向文件尾部填充。

在非巡检路径模式下，巡检仪检测流程如下：在检测点信息录入界面下进入：

a.数据采集参数设置界面

b.数据采集分类界面

a)单通道数据采集

b)双通道数据采集

c)测量温度

d)状态检测

e)代码类检测

f)观察类检测

g)返回。

巡检仪的数据处理单元以微控制器MCU作为中心控制单元，是以STM32F103Z微控制器作为中心控制单元，运行频率72MHz，外围扩展有USB接口，SD卡接口，flash存储芯片，电源管理模块，键盘及LCD显示屏；外部采集接口数据包括振动数据、红外温度数据、转速信号和电子纽扣信息。

本发明的积极效果是：

1、可依据巡检路径和非巡检路径对工业设备进行检测，巡检路径可按照需要修改，可对巡检路径进行优化设计。巡检路径通过USB接口与上位机进行通讯，巡检路径导入操作简单、可靠，一个巡检仪上可导入多个巡检路径，满足对工业设备检测的需要。

2、巡检路径文件存储以二级索引方式检索方式实现。一级索引用于描述巡检点信息，二级索引用于描述巡检点中对应多个测点的描述信息，索引项则为存储的具体检测参数，在检测完成后对检测点和巡检点使用不同颜色进行标识，以提示工作人员各巡检点检测状态。使用该索引结构即可实现采集参数的快速填充，提高参数载入速度，又能保证对被检工业设备的有序、优化检测，不遗漏、不重复，提高检测效率。

3、巡检仪可采集检测6类数据保存在巡检仪上并上传至上位机，方便企业数字化管理，提高被检测设备效益。

4、设计提供操作用户界面，菜单界面交互，可配置环境参数及采集参数，设置无人干预关机时间，操作人员姓名，数据存储位置等参数信息。设置各类采集数据参数控制信息。设置、修改及编辑巡检人员信息。使用简单、方便。

四、附图说明

图1是本发明的巡检仪结构示意图。

图2是本发明的巡检仪外观布局示意图。

图3是本发明的系统操作流程图。

图4是本发明的巡检仪显示内容分区示意图。其中F1键为测量、F2键位回放，F3键位退出，F4键位确认。

图5是巡检路径文件二级索引平铺结构图。

图6是巡检仪采集的数据存储平铺结构图。

图7是巡检仪的CPU核心部分电路原理图。

五、具体实施方式

参见图1、图7。

本发明采用的巡检仪与现有巡检仪一样，具有数据处理单元、信号采集器，以及数据存储器。巡检仪的数据处理单元以微控制器MCU作为中心控制单元，在微控制器MCU上设置巡检路径模式与非巡检路径模式两种类型，由操作者根据需要自主确定模式类型。在微控制器MCU外围设置USB接口，USB接口用于与上位机进行通讯，上传采集数据及下发巡检路径文件。

巡检仪采用基于ARM cortex M3核的CPU STM32F103Z微控制器作为中心控制单元，运行频率72MHz，外围扩展有USB接口，SD卡接口，flash存储芯片，电源管理模块，键盘及LCD显示屏；外部采集接口数据包括振动数据、红外温度数据、转速信号和电子纽扣信息。

USB接口用于与上位机进行通讯，上传采集数据及下发巡检路径文件，实现巡检路径的导入。SD卡接口可插接SD卡用于保存采集的数据；flash存储器用于存放配置参数文件，巡检路径文件及备用存储设备；电源管理模块用于各电路模块供电控制，电池充电及省电模式管理。

巡检路径测点具体信息有六类不同类型数据，共分本发明的巡检仪在震动信号采集电路、红外温度传感器、转速脉冲采集接口、电子纽扣接收器中采集震动信号，包括基本振动类和双通道振动信号；采集巡检点的环境温度和设备表面温度数据；读取设备现场数据信息，如：电压，电流，输入到巡检仪中；根据预设选项保存普通描述性的检测数据；保存一般描述性的检测数据。

巡检路径在上位机上完成。巡检路径由各个巡检点组成，巡检路径是一批巡检点信息的组合列表，这些巡检点按一定规则进行排列，巡检人员只需按照巡检路径提示依次进行巡检点检测即可完成拟定的巡检工作。设备巡检工作人员预先在PC机上通过巡检路径生成软件设定需要巡检设备的ID、检查顺序、时间及检测内容等信息，并通过USB接口与巡检仪进行通讯，将产生的巡检路径文件配置到巡检仪存储器上。在正常进行设备巡检时，直接调入巡检路径文件即可。巡检路径文件以日期为单位进行配置。巡检人员通过读取现场的监测点电子纽扣iButton信息，巡检仪可自动搜索巡检路径中的匹配信息，并调入需测试参数，并完成现场数据的采集。

参见图2、图4。

本发明采用GUI图形用户界面作为操作用户界面，实现巡检仪与巡检人员的数据交互，具有体积小，运行速度快，稳定可靠，操作方便快捷的特点，并自主设计菜单操作流程。实现配置环境参数及采集参数，可设置无人干预关机时间，操作用户姓名，数据存储位置等参数信息。设置各类采集数据参数控制信息。设置、修改及编辑巡检人员信息，在上位机设定、修改巡检人员信息，并附有加密功能，将人员配置信息通过USB接口下发至巡检仪。对未授权人员静止使用本巡检仪。

参见图3。

本发明可实现按照巡检路径和非巡检路径的检测。系统操作流程：在巡检仪上选择功能选择界面进入后，需要按照巡检路径进行检测进入巡检功能，需要按照非巡检路径检测进入非巡点进行检测。进入巡检功能，进行巡检路径选择界面，包括浏览、测点选择和删除，测点选择后浏览、参数设置和记事本，进行测量。进入非巡检点，进行参数设置，测量。

系统设置包括自动关机时间、数据存储选择、操作人员选择、本地时间设置，在本地时间设置中可进行手动设置和与上位机同步设置。

通讯包括下传设置、上传数据和通讯设置。

本巡检仪可以导入多个巡检路径存储在存储器中，一般不超过36个。

巡检仪菜单操作层次结构是：

1)顶层菜单：

巡检点检测

非巡检点检测

系统设置

数据通讯

帮助

2)次级目录：

A)巡检点检测

导入巡检路径

返回

B)非巡检点检测

设备检测点信息录入界面

数据采集参数设置界面

数据采集分类界面

单通道数据采集

双通道数据采集

测量温度

状态检测

代码类检测

观察类检测

返回

3)系统设置：

本地时间设置

时间

显示时间

调整

返回

日期

显示日期

调整

返回

4)操作者选择：

5)数据存储选择：

使用本地flash

使用SD卡

显示当前存储介质

格式化NAND

返回

6)自动电源管理设置：

返回

7)数据通讯：

USB准备联机

返回

8)帮助：

帮助

返回。

在非巡检路径模式下，巡检仪检测流程如下：在检测点信息录入界面下进入：

a.数据采集参数设置界面

b.数据采集分类界面

1)单通道数据采集

2)双通道数据采集

3)测量温度

4)状态检测

5)代码类检测

6)观察类检测

7)返回。

参见附图5、6。

巡检仪与上位机通讯方式是巡检仪与上位机采用USB接口进行数据通讯，将巡检仪识别为USB device设备，当巡检仪插入上位机USB接口后，在上位机设备管理器中生成新盘符，并以固定盘符名称命名。

打开该磁盘设备，根目录存放两个目录：patrol和storage目录。patrol目录中存放巡检路径文件，每个巡检路径生成一个文件。采集数据存放在storage目录中并以日期为单位生产子目录，子目录中存放采集的具体数据文件，文件名以小时为单位生成。文件名均以英文与数字组合的方式命名。巡检路径生成信息填充以参数序号索引值作为输入，而采集数据中的数值已转换为实际测量值进行存储。

巡检路径文件设计方式：巡检路径是巡检仪(下位机)与PC(上位机)进行检测数据传递的桥梁。通过巡检路径中用户定义的测点编号，将下位机巡检仪存储的测点数据与上位机测点数据库建立一一对应的关系。用户在采集现场测点数据信息时，需要对应相应的巡检路径中的测点，以免造成上位机数据混乱。

文件名命名规则：巡检路径的命名以英文字母加数字的方式命名，字符长度不超过8个(不包含后缀名)，后缀名为.pth。文件以fat文件格式存储，文件名以8.3方式命名。存放位置：在根目录下有/patrol目录存放巡检路径，存放巡检路径名个数不超过12条。

巡检路径文件结构是本发明的重点，巡检路径文件存储以二级索引方式检索，分为四个组成部份：巡检路径文件头、一级设备索引(以iBotton号或设备名进行统计)、二级测点索引、巡检路径测点具体信息(共包含六种数据类型)。巡检路径文件头包含整体巡检容量、长度及内容描述等信息；一级设备索引包含单个巡检点的描述信息；二级索引包含单个巡检点中对应测点描述信息；最后是对单个测点测量信息的配置或描述。巡检路径文件存储以二级索引方式检索可保证对被检工业设备的有序、优化检测，不遗漏、不重复，提高检测效率。

巡检路径文件访问说明：在前端手持巡检仪系统中，存储包含多个巡检路径文件。例如：“星期一.pth”、“星期二.pth”等。打开某个路径文件，包含四个部分：巡检路径文件头、一级设备索引(要求以iBotton名或设备名进行统计)、二级测点索引和巡检路径测点具体信息。选择巡检路径时，先读取巡检路径文件头显示巡检路径名称；接着选择某个巡检路径后显示iBotton名称或设备名列表；然后选择某个设备进入设备的巡检点列表，显示测量类型表；最后选取某个巡检类，如振动类，进行具体的数据采集操作。

在巡检系统中，包含多个巡检设备或巡检点(巡检点信息与iBotton信息对应)，每个设备上对应一个或没有iBotton信息，在每个巡检点上有一个或多个测点。图5为巡检路径文件结构组成。设备名称可用中文，容纳中文字数长度为英文字数的一半。

巡检路径文件头数据结构如表1。

巡检路径文件头中存放对当前巡检路径的总体性描述，包括本巡检路径完整名称、巡检路径上的设备总数或巡检点数，一级索引总数及各一级索引的偏移位置信息。当本巡检文件被使用过后，在头部还记录有当前正在进行的巡检点的编号。当本巡检路径全部完成时，标记出已完成指示。巡检路径文件头部共占用76字节。

表1

一级设备索引结构如表2。

巡检路径文件一级索引记录有巡检点信息，首先通过索引类型标记判断本索引以iButton编号还是以设备名进行检索(有些设备没有iButton编号，两者都有时优先选择iButton编号)，并根据响应选择类型读出设备名称，二级索引偏移位置及对应的测点数量(一个巡检点对应多个测点)。当巡检点检测完成则标示出已完成标记。一级索引单个区段占用80字节，巡检路径文件最多容纳20条索引。

表2

二级测点索引结构如表3。

二级测点索引信息包括巡检点所对应的测点序号(从0开始)，巡检数据类型，测点编号，测点名称，巡检类偏移量，当测点检测完成则标示出已完成标记。单条二级索引结构占用56字节。

表3

巡检仪具体测点采集数据类型共分六类：

1)基本振动类：采集单通道的振动数据并实时显示振动数据波形并保存于巡检仪中。

2)双通道振动类：两通道同时采集振动数据，并实时显示两个通道的数据曲线，比对分析两数据的差异，将结果数据保存于巡检仪中。

3)测温类：采集巡检点的环境温度和设备表面温度数据，并保存于巡检仪中。

4)状态类：读取设备现场数据信息，如：电压，电流，输入到巡检仪中。

5)代码类：根据预设选项保存普通描述性的检测数据，如：密封泄漏，噪音太大，润滑不足。

6)观察类：保存一般描述性的检测数据。

巡检仪采集数据信息内容包括：

1)文件名命名规则：存储数据文件的名称以英文字母加数字组合的方式命名，字符长度不超过8个(不包含后缀名)，文件名遵循8.3方式，后缀名为.dat。

storage目录存放采集数据，目录以日期为单位，子目录中存放采集的具体数据文件，文件名以小时为单位生成，如：f:\20130927\cj15.dat，表示2013年9月27日下午3点采集的数据。

2)数据存储结构：由于前端巡检仪采集数据存放在flash上，为避免flash操作过于频繁导致损害，数据存储采用平铺式存储，不包含索引，所有新采集数据均以追加方式向文件尾部填充，具体结构如图6。

本发明主要用于机械设备检测，但本发明不仅限于对机械设备的检测，当信息采集器变换后也可用于其他工业设备。

Claims (8)

1.一种可导入巡检路径的手持式工业设备巡检仪的实现方法，其特征在于：巡检仪的数据处理单元以微控制器MCU作为中心控制单元，在微控制器MCU上设置巡检路径模式与非巡检路径模式两种类型，由操作者根据需要自主确定模式类型；在微控制器MCU外围设置USB接口，USB接口用于与上位机进行通讯，上传采集数据及下发巡检路径文件；在上位机上完成由各个巡检点组成巡检路径，巡检路径文件存储以二级索引方式检索，通过USB接口下传至巡检仪上，巡检路径中由上位机确定的测点编号与巡检仪中的测点一一对应，由操作者根据巡检路径对各个测点进行检测；检测数据通过信号采集器传送到微控制器上，在微控制器的外围设置SD卡接口和flash存储器，采集到的数据存储在SD卡或flash存储器上，同时上传到上位机；巡检仪与上位机通讯方式是：巡检仪与上位机采用USB接口进行数据通讯，将巡检仪识别为USB device设备，当巡检仪插入上位机USB接口后，在上位机设备管理器中生成新盘符，并以固定盘符名称命名。

2.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于：所述巡检路径文件存储以二级索引方式检索，分为四个组成部份：包括，巡检路径文件头、一级设备索引、二级测点索引、巡检路径测点具体信息；巡检路径文件头包含整体巡检容量、长度及内容描述信息；一级设备索引包含单个巡检点的描述信息；二级索引包含单个巡检点中对应测点描述信息；巡检路径测点具体信息是对单个测点测量信息的配置或描述；所述一级设备索引是以iBotton电子纽扣编号或设备名进行统计。

3.如权利要求2所述的实现方法，其特征在于：

所述巡检路径文件头中存放对当前巡检路径的总体性描述，包括本巡检路径完整名称、巡检路径上的设备总数或巡检点数，一级索引总数及各一级索引的偏移位置信息；当本巡检文件被使用过后，在头部还记录有当前正在进行的巡检点的编号；当本巡检路径全部完成时，标记出已完成指示；巡检路径文件头部共占用76字节；

所述巡检路径文件一级索引记录有巡检点信息，首先通过索引类型标记判断本索引以iButton编号还是以设备名进行检索，并根据响应选择类型读出设备名称，二级索引偏移位置及对应的测点数量；当巡检点检测完成则标示出已完成标记；一级索引单个区段占用80字节，巡检路径文件最多容纳20条索引；

所述二级测点索引信息包括巡检点所对应的测点序号，巡检数据类型，测点编号，测点名称，巡检类偏移量，当测点检测完成则标示出已完成标记；单条二级索引结构占用56字节；

所述巡检路径测点具体信息是对单个测点测量信息的配置或描述是具体测点采集的不同类型数据，共分六类：

A)基本振动类：采集单通道的振动数据并实时显示振动数据波形保存于巡检仪中；

B)双通道振动类：两通道同时采集振动数据，并实时显示两个通道的数据曲线，比对分析两数据的差异，将结果数据保存于巡检仪中；

C)测温类：采集巡检点的环境温度和设备表面温度数据，并保存于巡检仪中；

D)状态类：读取设备现场数据信息；

E)代码类：根据预设选项保存普通描述性的检测数据；

F)观察类：保存一般描述性的检测数据。

4.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于：在巡检仪与上位机采用USB接口进行数据通讯时，打开该磁盘设备，根目录存放两个目录：patrol和storage目录，patrol目录中存放巡检路径文件，每个巡检路径生成一个文件；采集数据存放在storage目录中并以日期为单位生成子目录；子目录中存放采集的具体数据文件，文件名以小时为单位生成，文件名均以英文与数字组合的方式命名；巡检路径生成信息填充以参数序号索引值作为输入，在数据采集过后相关数据存储位置则填充为实际采集数据信息。

5.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于：巡检仪采集的数据信息命名以英文字母加数字的方式命名，不包含后缀名字符长度不超过8个，后缀名为.pth，文件以fat文件格式存储，文件名以8.3方式命名；巡检路径文件存放位置：在根目录下有/patrol目录存放巡检路径；数据存储采用平铺式存储，不包含索引，所有新采集数据均以追加方式向文件尾部填充。

6.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于：在非巡检路径模式下，巡检仪检测流程如下：在检测点信息录入界面下进入：

a.数据采集参数设置界面

b.数据采集分类界面

a)单通道数据采集

b)双通道数据采集

c)测量温度

d)状态检测

e)代码类检测

f)观察类检测

g)返回。

7.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于：巡检仪菜单操作层次结构是：1)顶层菜单：

巡检点检测

非巡检点检测

系统设置

数据通讯

帮助

2)次级目录：

A)巡检点检测

导入巡检路径

返回

B)非巡检点检测

设备检测点信息录入界面

数据采集参数设置界面

数据采集分类界面

单通道数据采集

双通道数据采集

测量温度

状态检测

代码类检测

观察类检测

返回

3)系统设置：

本地时间设置

时间

显示时间

调整

返回

日期

显示日期

调整

返回

4)操作员选择：

5)数据存储选择：

使用本地flash

使用SD卡

显示当前存储介质

格式化NAND

返回

6)自动电源管理设置：

返回

7)数据通讯：

USB准备联机

返回

8)帮助：

帮助

返回。

8.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于：所述巡检仪的数据处理单元以微控制器MCU作为中心控制单元，是以STM32F103Z微控制器作为中心控制单元，运行频率72MHz，外围扩展有USB接口，SD卡接口，flash存储芯片，电源管理模块，键盘及LCD显示屏；外部采集接口数据包括振动数据、红外温度数据、转速信号和电子纽扣信息。