CN109270860A - 一种设备运行状态监控用集成数据采集系统及其监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种设备运行状态监控用集成数据采集系统及其监控方法，系统包括三轴加速度MEMS传感器、温度传感器、主控MCU、GSM网络、电池、服务器和外接设备，三轴加速度MEMS传感器、温度传感器与主控MCU相连，主控MCU与电池、GSM网络相连，GSM网络通过无线网络与服务器相连，服务器上设有监控分析软件及通信软件，服务器与外接设备相连。监控方法为：三轴加速度MEMS传感器、温度传感器将采集信号传递给主控MCU；主控MCU将采集信号通过GSM网络及无线网络传递给服务器；服务器上的监控分析软件对振动信号及温度信号进行处理分析，并通过通信软件与外接设备实现信息互通。本发明提高了对设备的故障诊断精度。

Description

一种设备运行状态监控用集成数据采集系统及其监控方法

技术领域

本发明涉及设备运行监控的技术领域，尤其涉及一种设备运行状态监控用集成数据采集系统及其监控方法。

背景技术

现代企业中生产设备日趋大型化、连续化、高速化和自动化，这也成为现代大型企业生产的主要特征。设备的结构与组成十分复杂，生产规模非常庞大，各部分之间的联系也特别紧密。如此虽然有助于提高生产率，降低产品生产成本并改善产品质量，但是从另一个方面来看，由于机械设备发生故障而停工造成的损失却大为增加，维修费用也大幅上升。现代化的大生产，如石油、石化、化工、电力、钢铁等都采用单机、满负荷、连续性的生产操作方式，一些大型机械成了现代化大规模生产装置中的关键设备，一旦出现停机故障，将会引发连锁反应，造成大面积的停机，由此造成的经济损失是十分巨大的。

除了当设备故障时会造成生产事故引起的巨大损失外，设备发生故障造成设备的损坏而需要的维修费也是一笔巨额费用。与此同时，现代工业生产设备往往结构复杂，如果按照通常的维修方法把机械拆开检查不但会浪费大量的时间同样也会产生高昂的维修费用。

因此需要对故障进行诊断，目前常用的故障诊断方法有振动分析法、温度分析法、油液分析法等：

振动诊断法

振动诊断法以设备的运行状态中的加速度信号、速度信号、位移信号等为检测目标，进行特征量分析、谱分析和时频域分析。其中时频域分析是最为成熟的振动分析方法，绝大多数转子的故障信息都能够在振动信号的时域、频域分析中发现，因此振动信号分析是旋转机械故障诊断的主要手段。

温度分析法

许多机械设备的运行状态与温度有关，因此根据机械设备和周围环境温度的变化，可以识别系统的运行状态的变化。温度诊断法也是故障诊断最早使用的一种方法。现在工业中温度测量主要采用热电阻、热电偶测温传感器，近年来红外测温技术逐渐发展起来，在未来将会有越来越广泛的应用。

油液分析技术

油液分析技术以光谱分析和铁谱分析为代表，利用各种常规、简易、精密或中和的润滑油分析仪器和方法，对润滑油的理化性质特别是其内所含的机械磨损碎屑以及其他微粒进行定性定量的测量，从而得到有关零部件的磨损状态、机器工作情况以及系统污染程度等方面的重要信息。

声学诊断法

声学诊断法以噪声、声阻、超声声发射为检测目标，进行声级、声强、声源、声场、声谱分析。超声波诊断法、声发射诊断法应用较为广泛。近年来，机械噪声盲源分离技术(Blind Source Separation)逐渐应用发展起来，声学与诊断在故障诊断中的作用将会不断加强。

综上所述，机械状态检测与故障诊断系统的研究不管是从提高生产过程的安全性还是从降低设备维修费用的角度来说都具有重大的研究意义，机械故障诊断技术的发展将会在提高企业生产可靠性的前提下大大缩减企业的生产成本，提高生产效率。

一般的故障诊断系统的主要实施过程如下：信号的在线检测、信号的特征分析、工况状态的识别。

但是一般的故障诊断系统存在一些技术缺点：

1、无法采集相关的多个方向上的振动加速度数据，对信号的分析停留在单一振动方向的信号上；

2、信号数据的利用程度有限，对于转速的提取需要额外配置转速传感器；

3、只能对设备的工况进行监测，实现简单的报警功能，无法对设备的运行趋势做出分析，更不能够通过相关参数的计算来进行精度较高的设备运行趋势分析。

发明内容

本发明旨在对设备运行过程中的数据进行收集和分析处理，掌握和了解设备运转状态，而提供一种设备运行状态监控用集成数据采集系统及其监控方法，对于减少维修费用，降低生产成本，提高经济效益和社会效益起很大作用，对于避免巨额经济损失和灾难性事故的发生有着重要意义。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种设备运行状态监控用集成数据采集系统，包括三轴加速度MEMS传感器、温度传感器、主控MCU、GSM网络、电池、服务器和外接设备，所述三轴加速度MEMS传感器、温度传感器均与主控MCU相连，所述电池与所述主控MCU相连为系统供电，所述主控MCU与所述GSM网络相连，所述GSM网络通过无线网络与服务器相连并进行数据传输，所述服务器上设有监控分析软件及通信软件，所述服务器与外接设备相连。

所述外接设备包括报警装置、手机终端，所述报警装置、手机终端均与服务器相连。

所述主控MCU的型号为STM32L151CCT7，所述三轴加速度MEMS传感器的型号为MPU-6050，所述温度传感器的芯片型号为TMP112AIDRLR。

所述电池为ER14335系列的锂亚硫酰氯电池组。

上述设备运行状态监控用集成数据采集系统的监控方法，具体步骤为：

S1、三轴加速度MEMS传感器针对同一测点同时拾取振动信号并传递给主控MCU，温度传感器拾取测点的温度信号并传递给主控MCU；

S2、主控MCU将采集的振动信号及温度信号通过GSM网络及无线网络传递给服务器；

S3、服务器上的监控分析软件对振动信号及温度信号进行处理分析，形成分析报告，并通过通信软件与外接设备实现信息互通。

本发明的有益效果是：本发明采用振动结合温度的方案进行设计，采用三轴加速度MEMS传感器，增加信号数据的来源并最大程度上保证了信号间的关联性，提高信号特征提取的精度；通过三个方向的加速度数据从多个角度分析设备状态并通过综合分析推导设备转速，从而进一步提高对设备的诊断精度；在实现对有关主要参数报警功能的前提下，实现对相关参数的计算，并能够实现相关参数的历史趋势的分析；通过趋势分析可以观察出设备运行状况的变化情况，掌握设备的历史运行参数，从而为相关技术人员提供更多的第一手资料，帮助相关人员更好的对设备进行诊断，提高对设备的故障诊断精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为三轴加速度MEMS传感器的电路图；

图3为温度传感器的电路图；

图4为主控MCU的电路图；

图5为电池的电路图；

图6为GSM网络图；

以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1至图6所示，一种设备运行状态监控用集成数据采集系统，包括三轴加速度MEMS传感器、温度传感器、主控MCU、GSM网络、电池、服务器和外接设备，所述三轴加速度MEMS传感器、温度传感器均与主控MCU相连，所述电池与所述主控MCU相连为系统供电，所述主控MCU与所述GSM网络相连，所述GSM网络通过无线网络与服务器相连并进行数据传输，所述服务器上设有监控分析软件及通信软件，所述服务器与外接设备相连。

所述外接设备包括报警装置、手机终端，所述报警装置、手机终端均与服务器相连。

所述主控MCU的型号为STM32L151CCT7，所述三轴加速度MEMS传感器的型号为MPU-6050，所述温度传感器的芯片型号为TMP112AIDRLR。

所述电池为ER14335系列的锂亚硫酰氯电池组。

上述设备运行状态监控用集成数据采集系统的监控方法，具体步骤为：

S1、三轴加速度MEMS传感器针对同一测点同时拾取振动信号并传递给主控MCU，温度传感器拾取测点的温度信号并传递给主控MCU；

S2、主控MCU将采集的振动信号及温度信号通过GSM网络及无线网络传递给服务器；

S3、服务器上的监控分析软件对振动信号及温度信号进行处理分析，形成分析报告，并通过通信软件与外接设备实现信息互通。

本发明采用振动结合温度的方案进行设计，采用三轴加速度MEMS传感器，增加信号数据的来源并最大程度上保证了信号间的关联性，提高信号特征提取的精度；通过三个方向的加速度数据从多个角度分析设备状态并通过综合分析推导设备转速，从而进一步提高对设备的诊断精度；在实现对有关主要参数报警功能的前提下，实现对相关参数的计算，并能够实现相关参数的历史趋势的分析；通过趋势分析可以观察出设备运行状况的变化情况，掌握设备的历史运行参数，从而为相关技术人员提供更多的第一手资料，帮助相关人员更好的对设备进行诊断，提高对设备的故障诊断精度。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种设备运行状态监控用集成数据采集系统，其特征在于，包括三轴加速度MEMS传感器、温度传感器、主控MCU、GSM网络、电池、服务器和外接设备，所述三轴加速度MEMS传感器、温度传感器均与主控MCU相连，所述电池与所述主控MCU相连为系统供电，所述主控MCU与所述GSM网络相连，所述GSM网络通过无线网络与服务器相连并进行数据传输，所述服务器上设有监控分析软件及通信软件，所述服务器与外接设备相连。

2.根据权利要求1所述的一种设备运行状态监控用集成数据采集系统，其特征在于，所述外接设备包括报警装置、手机终端，所述报警装置、手机终端均与服务器相连。

3.根据权利要求2所述的一种设备运行状态监控用集成数据采集系统，其特征在于，所述主控MCU的型号为STM32L151CCT7，所述三轴加速度MEMS传感器的型号为MPU-6050，所述温度传感器的芯片型号为TMP112AIDRLR。

4.根据权利要求3所述的一种设备运行状态监控用集成数据采集系统，其特征在于，所述电池为ER14335系列的锂亚硫酰氯电池组。

5.一种如权利要求1、2、3、4中任意一项所述的设备运行状态监控用集成数据采集系统的监控方法，其特征在于，具体步骤为：

S1、三轴加速度MEMS传感器针对同一测点同时拾取振动信号并传递给主控MCU，温度传感器拾取测点的温度信号并传递给主控MCU；

S2、主控MCU将采集的振动信号及温度信号通过GSM网络及无线网络传递给服务器；

S3、服务器上的监控分析软件对振动信号及温度信号进行处理分析，形成分析报告，并通过通信软件与外接设备实现信息互通。