CN104460617A - 用于设备租赁的机械运行状态远程监测装置及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于设备租赁的机械运行状态远程监测装置及其监测方法，包括安装在纺织机械电机主轴附近的振动传感器、温度传感器、传感器控制器、第一电源模块、第一无线通信模块，还包括安装在纺织机械设备主控台内的第二无线通信模块、第二电源模块、主控端控制器、GSM网络模块，以及远程电脑。本发明具有设计合理，结构紧凑，性能价格比高，专为纺织机械设计，能在现有纺织机械上便捷的安装使用，能准确反映设备当前运行状态的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于设备租赁的机械运行状态远程监测装置及其监测方法，属于便携式精密监测领域。
背景技术
目前，机械设备状态检测仪器已经在石化设备、高炉机械、液压设备等设备上得到了应用，是企业生产过程中必不可少的辅助设备。针对上述行业的监测仪器体积庞大，数据传输方式为布线，成套仪器的成本高。然而现有的纺织企业多为中小型企业，资产不够雄厚，无法像石化、炼钢企业一样承担过高的成本，同时纺织机械多为中型设备，与其匹配的外部监测仪器应为小型精确度较高的仪器，现有的监测仪器无法满足纺织企业的要求。缺少必要的监测仪器将无法及时掌握纺织机械的状态，不当的使用将缩短机械的使用寿命，加大纺织企业的成本，难以维护租赁公司的权益，对于整个行业的发展存在不利影响。
发明内容
本发明的目的在于为纺织机械租赁公司提供了一种用于远程监控他们设备的运行状态的装置及其监测方法，本发明具有设计合理，结构紧凑，性能价格比高，专为纺织机械设计，能在现有纺织机械上便捷的安装使用，能准确反映设备当前运行状态的特点。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种用于设备租赁的机械运行状态远程监测装置，包括安装在纺织机械电机主轴附近的振动传感器、温度传感器、传感器控制器、第一电源模块、第一无线通信模块，还包括安装在纺织机械设备主控台内的第二无线通信模块、第二电源模块、主控端控制器、GSM网络模块，以及远程电脑；其中所述的振动传感器、温度传感器、第一电源模块与传感器控制器通过线路相连；所述的传感器控制器与第一无线通信模块相连；所述的第一无线通信模块与第二无线通信模块信号相连，所述的第二无线通信模块与主控端控制器相连，所述的主控端控制器分别与第二电源模块、GSM网络模块通过线路相连，所述的GSM网络模块与远程电脑信号相连。
所述的传感器控制器为超低功耗单片机msp430传感器芯片；所述的主控端控制器为STM32芯片。
一种用于设备租赁的机械运行状态远程监测方法，包括如下步骤：1）利用安装在纺织机械电机主轴附近的传感器控制器来控制振动传感器，温度传感器对纺织电机进行一系列的数据采集，第一电源模块对传感器控制器进行供电，2）然后再利用第一无线通信模块、第二无线通信模块将数据发送至主控端控制器，第二电源模块对主控端控制器进行供电，在那里对这些数据进行处理与分析，3）接下来再将处理结果通过GSM网络模块发送至远程电脑的接收端，最终达到一个远程监控的效果。
所述的振动传感器的采样周期为1ms，连续采样1000个周期；所述的第一无线通信模块、第二无线通信模块的传输周期为2ms，连续发送500个周期；所述的温度传感器的采集周期为1s；其中振动传感器对振动信号进行采样后传输给传感器控制器，传感器控制器将机械信号通过离散化处理转换成电信号，传感器控制器每采集两次振动信号就向主控端控制器发送一次无线传输；经过同样的500个无线数据发送周期后，传感器控制器采集一次温度数据后再次向主控端控制器发送无线数据，将上述501次无线数据发送过程所需要的时间记为一个工作周期t1,然后整个系统进入休眠模式；主控端控制器接收到的振动信号进行傅里叶变换，以频率为独立变量，建立信号幅值、相位与频率的关系；同时主控端控制器会对该处理结果进行简要分析，根据振动频率和电机温度直接在工业现场进行故障的判断与提示，与此同时，还会将这些频谱数据和简要处理结果发送至远程电脑的监测终端，这些数据将成为运行状态监测的重要依据。
所述的休眠模式为振动传感器和温度传感器停止供电，第一无线通信模块与第二无线通信模块进入休眠模式，传感器控制器进入RAM保持模式；其中鉴于故障监测的需要，将一个大周期，即一个工作周期加休眠一次的时间中休眠时间记为t2。
本发明的有益效果为：本发明的用于设备租赁的机械运行状态远程监测装置及其监测方法最大的特点就是整个系统的通信方式摒弃了传统的有线传输，进而选用了无线通信。使得整个装置完全摆脱了线缆的束缚，极大的提高了传感器控制器安装的灵活性和普适性，针对不同的纺织机械，本发明的装置都能够较为便携的安装。而在远距离通信方面，本发明的装置也不需要外接网线，这也体现了该产品的便携性。第二本发明的数据从传感器测得之后，需要两次传输到达网站，以进行远程监控。第一部分应用于传感器与设备控制台之间，传输原始数据；第二部分位于设备控制台与远程监控端，控制端收到的原始数据，通过程序的处理之后，在保证不丢失重要信息的情况下，减少传送的数据量；其中第一部分采用相关的无线传输模块，经过相关的技术运用，可以短程的发送信号，降低能耗，延长仪器的使用寿命，也可以减少仪器内的布线，缩小仪器的体积。这一部分本发明每5分钟发送一次原始数据到控制台，其中1秒钟进行信号采集与发送，最后4分59秒进入休眠状态以降低功耗；第二部分利用现有的GSM网络，通过相应的模块接入GSM网络将数据最终传输到远程控制端，使租赁公司获得他们设备的实时工作状态。我们采用GMS网络进行远距离传输，它的空中接口采用时分多址技术。
终上所述，本发明具有设计合理，结构紧凑，性能价格比高，专为纺织机械设计，能在现有纺织机械上便捷的安装使用，能准确反映设备当前运行状态的特点。
附图说明
图1 是本发明的结构原理图；
图2是本发明的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的一种用于设备租赁的机械运行状态远程监测装置，如图1、2所示，包括安装在纺织机械11电机主轴10附近的振动传感器1、温度传感器2、传感器控制器、第一电源模块4、第一无线通信模块8，还包括安装在纺织机械设备主控台内的第二无线通信模块9、第二电源模块12、主控端控制器、GSM网络模块6，以及远程电脑7；其中所述的振动传感器1、温度传感器2、第一电源模块4与传感器控制器通过线路相连；所述的传感器控制器与第一无线通信模块8相连；所述的第一无线通信模块8与第二无线通信模块9信号相连，所述的第二无线通信模块9与主控端控制器相连，所述的主控端控制器分别与第二电源模块12、GSM网络模块6通过线路相连，所述的GSM网络模块6与远程电脑7信号相连。
所述的传感器控制器为超低功耗单片机msp430传感器芯片3；所述的主控端控制器为STM32芯片5；所述的第一电源模块4为高容量锂电池；所述的第二电源模块12为外部5V直接供电电源；振动传感器1为FLXN8361振动传感器，温度传感器2为MCP7900温度传感器。
本实施例的一种用于设备租赁的机械运行状态远程监测方法，包括如下步骤：1）利用安装在纺织机械11电机主轴10附近的传感器控制器超低功耗单片机msp430传感器芯片3来控制振动传感器1，温度传感器2对纺织电机进行一系列的数据采集，第一电源模块高容量锂电池4对传感器控制器超低功耗单片机msp430传感器芯片3进行供电；在本实施例的传感器控制器端，采用了超低功耗单片机msp430和低功耗无线通讯模块nrf2401来降低模块功耗，整个系统则是采用了占空比控制技术——控制传感器控制器的间歇性工作来最大程度的降低系统功耗；其中振动传感器1对振动信号进行采样后传输给传感器控制器超低功耗单片机msp430传感器芯片3，传感器控制器超低功耗单片机msp430传感器芯片3通过内部的AD转换功能将机械信号利用离散化处理转换成电信号，并利用定时器功能，将振动信号的采样周期设为1ms，无线发送周期设为2ms，温度信号采样周期设为1s，即传感器控制器超低功耗单片机msp430传感器芯片3每隔1ms采集一次振动信号，每采集两次振动信号就将当前数据通过第一无线传输模块8发送至主控端控制器STM32芯片5，当一次无线传输发送成功时，第一无线通讯模块8会拉高其中断引脚的电平，将该引脚与传感器控制器超低功耗单片机msp430传感器芯片3的IO口相连，就能触发传感器控制器超低功耗单片机msp430传感器芯片3的外部中断，从而进行无线发送的后续处理，这就减少了无线数据的发送时间，将其控制在1ms以内。从而可以顺利的进行接下来的振动信号采集工作。经过500个无线数据发送周期后，传感器控制器超低功耗单片机msp430传感器芯片3将会采集一次温度数据，并将其发送至主控端控制器STM32芯片5；将上述501次无线数据发送过程所需要的时间记为一个工作周期t1（t1=1002ms≈1s）,然后整个系统进入休眠模式；所述的第一无线通信模块8、第二无线通信模块9的传输周期为2ms，连续发送500个周期；所述的温度传感器2的采集周期为1s。所述的休眠模式为振动传感器1和温度传感器2停止供电，第一无线通信模块8与第二无线通信模块9进入休眠模式，传感器控制器超低功耗单片机msp430传感器芯片3进入RAM保持模式；其中鉴于故障监测的需要，将一个大周期，即一个工作周期加休眠一次的时间中休眠时间记为t2（设定t2=300s）。
2）然后再利用第一无线通信模块8、第二无线通信模块9将数据发送至主控端控制器STM32芯片5，第二电源模块外部5V直接供电电源12对主控端控制器STM32芯片5进行供电，在那里对这些数据进行处理与分析；在主控端控制器端，主控端控制器STM32芯片5首先接收来自传感器控制器端的数据，将其存在数组中，1s的接收时间结束之后开始将振动信号进行快速傅里叶变换（FFT），以频率为独立变量，建立信号幅值、相位与频率的关系；同时主控端控制器STM32芯片5会对该处理结果进行简要分析，根据振动频率和电机温度直接在工业现场进行故障的判断与提示；
3）接着，将这些频谱数据和简要处理结果通过GSM网络模块6发送至远程电脑7的监测终端，这些数据将成为运行状态监测的重要依据。用户只需一台电脑联网后就能实时掌握纺织机械的运行状况。
本实施例的一种用于设备租赁的机械运行状态远程监测装置及其监测方法最大的特点就是整个系统的通信方式摒弃了传统的有线传输，进而选用了无线通信。使得整个装置完全摆脱了线缆的束缚，极大的提高了传感器控制器安装的灵活性和普适性，针对不同的纺织机械，本实施例的装置都能够较为便携的安装。而在远距离通信方面，本实施例的装置也不需要外接网线，这也体现了该产品的便携性。第二本实施例的数据从传感器测得之后，需要两次传输到达网站，以进行远程监控。第一部分应用于传感器与设备控制台之间，传输原始数据；第二部分位于设备控制台与远程监控端，控制端收到的原始数据，通过程序的处理之后，在保证不丢失重要信息的情况下，减少传送的数据量；其中第一部分采用相关的无线传输模块，经过相关的技术运用，可以短程的发送信号，降低能耗，延长仪器的使用寿命，也可以减少仪器内的布线，缩小仪器的体积。这一部分本发明每5分钟发送一次原始数据到控制台，其中1秒钟进行信号采集与发送，最后4分59秒进入休眠状态以降低功耗；第二部分利用现有的GSM网络，通过相应的模块接入GSM网络将数据最终传输到远程控制端，使租赁公司获得他们设备的实时工作状态。我们采用GMS网络进行远距离传输，它的空中接口采用时分多址技术。
综上，本实施例具有设计合理，结构紧凑，性能价格比高，专为纺织机械设计，能在现有纺织机械上便捷的安装使用，能准确反映设备当前运行状态的特点。
Claims (5)
1.一种用于设备租赁的机械运行状态远程监测装置，其特征在于：包括安装在纺织机械（11）电机主轴（10）附近的振动传感器（1）、温度传感器（2）、传感器控制器、第一电源模块（4）、第一无线通信模块（8），还包括安装在纺织机械设备主控台内的第二无线通信模块(9）、第二电源模块（12）、主控端控制器、GSM网络模块（6），以及远程电脑（7）；其中所述的振动传感器（1）、温度传感器（2）、第一电源模块（4）与传感器控制器通过线路相连；所述的传感器控制器与第一无线通信模块（8）相连；所述的第一无线通信模块（8）与第二无线通信模块(9）信号相连，所述的第二无线通信模块(9）与主控端控制器相连，所述的主控端控制器分别与第二电源模块（12）、GSM网络模块（6）通过线路相连，所述的GSM网络模块（6）与远程电脑（7）信号相连。
2.如权利要求1所述的用于设备租赁的机械运行状态远程监测装置，其特征在于：所述的传感器控制器为超低功耗单片机msp430传感器芯片（3）；所述的主控端控制器为STM32芯片（5）。
3.一种用于设备租赁的机械运行状态远程监测方法，其特征在于，包括如下步骤：1）利用安装在纺织机械（11）电机主轴（10）附近的传感器控制器来控制振动传感器（1），温度传感器（2）对纺织电机进行一系列的数据采集，第一电源模块（4）对传感器控制器进行供电，2）然后再利用第一无线通信模块（8）、第二无线通信模块（9）将数据发送至主控端控制器，第二电源模块（12）对主控端控制器进行供电，在那里对这些数据进行处理与分析，3）接下来再将处理结果通过GSM网络模块（6）发送至远程电脑（7）的接收端，最终达到一个远程监控的效果。
4.如权利要求3所述的用于设备租赁的机械运行状态远程监测方法，其特征在于：所述的振动传感器（1）的采样周期为1ms，连续采样1000个周期；所述的第一无线通信模块（8）、第二无线通信模块(9）的传输周期为2ms，连续发送500个周期；所述的温度传感器（2）的采集周期为1s；其中振动传感器（1）对振动信号进行采样后传输给传感器控制器，传感器控制器将机械信号通过离散化处理转换成电信号，传感器控制器每采集两次振动信号就向主控端控制器发送一次无线传输；然后传感器控制器采集一次温度数据后再次向主控端控制器发送无线数据；其中每二次振动数据发送然后一次温度数据发送记为一个工作周期t1,然后整个系统进入休眠模式；主控端控制器接收到的振动信号进行傅里叶变换，以频率为独立变量，建立信号幅值、相位与频率的关系；同时主控端控制器会对该处理结果进行简要分析，根据振动频率和电机温度直接在工业现场进行故障的判断与提示，与此同时，还会将这些频谱数据和简要处理结果发送至远程电脑（7）的监测终端，这些数据将成为运行状态监测的重要依据。
5.如权利要求4所述的用于设备租赁的机械运行状态远程监测方法，其特征在于：所述的休眠模式为振动传感器（1）和温度传感器（2）停止供电，第一无线通信模块（8）与第二无线通信模块(9）进入休眠模式，传感器控制器进入RAM保持模式；其中鉴于故障监测的需要，将一个大周期，即一个工作周期加休眠一次的时间中休眠时间记为t2。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150325 |