CN113949616A - 一种基于无线传感器网络的设备故障监测系统 - Google Patents

一种基于无线传感器网络的设备故障监测系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113949616A
CN113949616A CN202111487267.4A CN202111487267A CN113949616A CN 113949616 A CN113949616 A CN 113949616A CN 202111487267 A CN202111487267 A CN 202111487267A CN 113949616 A CN113949616 A CN 113949616A
Authority
CN
China
Prior art keywords
data
equipment
wireless
control terminal
regional control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111487267.4A
Other languages
English (en)
Inventor
诸葛慧子
王楚扬
王园园
张紫涛
陈殿昊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hohai University HHU
Original Assignee
Hohai University HHU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hohai University HHU filed Critical Hohai University HHU
Priority to CN202111487267.4A priority Critical patent/CN113949616A/zh
Publication of CN113949616A publication Critical patent/CN113949616A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
    • H04L41/06—Management of faults, events, alarms or notifications
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明提出一种基于无线传感器网络的设备故障监测系统，包括无线振动传感器组，区域控制终端，本地终端与云服务平台四个模块。首先由无线振动传感器组采集设备振动数据，通过ZigBee技术发送给区域控制终端，随后由区域控制终端对接收到的数据进行处理、存储和显示，并通过WIFI协议将数据发送到本地终端和云服务平台，然后由本地终端对所采集的数据进行分析诊断，进行阈值报警和频谱分析，实现故障监测，最后由云服务平台实现数据存储和用户设备的远程数据查看。本发明可以实现设备的远程故障监测，具有阈值报警与故障分析功能，能够结合快速傅里叶变换与小波变换算法保证监测精度，且区域控制终端与本地终端均可二次编程开发，适用性强。

Description

一种基于无线传感器网络的设备故障监测系统
技术领域
本发明涉及设备监测自动化装备技术领域，具体涉及一种基于无线传感器网络的设备故障监测系统，尤其涉及一种应用于机械设备维护的无线设备监测领域。
背景技术
随着现代工业生产的机械设备逐步走向复杂化、高速化、自动化，实时掌握设备运行状态并发现故障迹象从而及时修理设备，避免发生事故与经济损失，是大型生产企业亟待解决的问题。而传统的设备维护方式多依靠人力巡检、定期设备维护检修等方式进行，一方面需要具有丰富工作经验的专业数据分析人员进行分析，消耗大量时间与劳动力，一方面缺乏实时性且检修时需要对设备进行拆卸，耗费大且重复拆装会影响机械设备的工作准确性，逐渐无法适应当前大型生产企业的需求，设备监测方案亟待升级。近年来，国内外许多学者对机械设备监测技术进行了研究，其中无线设备状态监测及故障诊断技术作为预知检修的基础手段，在推进大型设备安全高效运行的过程中具有重要意义，但目前国内主流设备监测的产品存在较大局限性，如设备故障的分析，或采用离线式分析或采用有线式分析，缺乏无线技术开发，应用场景受限，如传感器数据采集服务与计算机软件故障分析服务分离，成本高昂，如设计框架仅为阈值报警，不能提供频谱传输，难以起到协助故障的判别与分析，如远程监测传感器测量精度难以保证等。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种基于无线传感器网络的设备故障监测系统。
为了解决现有产品的局限性，本发明提出的技术方案如下：
一种基于无线传感器网络的设备故障监测系统，包括无线振动传感器组，区域控制终端，本地终端与云服务平台四个模块，所述的无线振动传感器组用于采集设备振动信息，通过ZigBee无线通信技术发送给区域控制终端，所述的区域控制终端用于将接收到的传感器组数据进行处理、存储和显示，通过WiFi协议将数据发送到本地终端和云服务平台，所述的本地终端用于对所采集数据进行分析诊断，通过设置设备加速度、速度、位移的阈值报警用于警示设备运行故障，基于LabVIEW实现振动频谱分析，结合设备正常运行的频谱特征协助判断故障类型，所述的云服务平台用于设备故障信息的存储和用户设备的远程数据查看。
进一步，所述的无线振动传感器组，包含若干个安装于所监测设备的各个待监测部位的无线振动传感器，无线振动传感器电路包含加速度传感器模块、AD采集模块、电源模块和ZigBee通信模块，所述的加速度传感器模块用于测量设备加速度、速度与位移量，所述的AD采集模块用于对传感器测量量进行AD量化转为数据，所述ZigBee通信模块用于将所采集到的数据发送给区域控制终端以及接收区域控制终端指令，所述的电源模块用于对无线振动传感器进行供电。
进一步，所述的区域控制终端包含单片机、ZigBee通信模块、WiFi模块、LCD显示屏、存储器模块和电源模块，所述的单片机用于汇总、处理无线振动传感器组发送的数据，执行本地终端的指令，所述的ZigBee通信模块用于接收无线振动传感器组发送的数据与发送控制指令，所述的WiFi模块工作在AP模式，通过WiFi协议接收本地终端指令以及发送数据到本地终端和云服务平台，所述的LCD显示屏用于显示电源模块电量以及根据本地终端指令显示报警信息，所述存储器模块用于存储无线振动传感器组发送的数据与本地终端指令，所述的电源模块用于为区域控制终端供电。
进一步，所述的本地终端包含一个内置LabVIEW软件实现数据分析的PC上位机，与区域控制终端接入至同一局域网，用于接收区域控制终端的数据与下达控制指令，控制区域控制终端显示报警信息，所述的LabVIEW软件根据接收到的设备数据，与设置的设备加速度、速度、位移的阈值进行比较，对超出阈值的数据进行报警，并通过对设备加速度值进行快速傅里叶变换和小波变换得到设备振动频谱图，与设备正常工作时的振动频谱进行比对分析，判断可能产生的故障类型。
进一步，所述的云服务平台使用阿里云平台创建账号，由区域控制终端通过WiFi协议将无线振动传感器组采集到的数据上传至云平台，用户可以通过手机、平板、PC等设备登录账号后进入云平台查看传感器数据。
进一步，所述的无线振动传感器组中若干个无线振动传感器和区域控制终端形成一个ZigBee无线传感器网络星形拓扑，使用ZigBee协议通信，无线振动传感器作为ZigBeeEnd Device节点发送数据，区域控制终端作为ZigBee Coordinator节点接收数据，所述的区域控制终端通过WiFi协议将数据发送到本地终端和云服务平台。
进一步地，所述的区域控制终端的单片机部分与本地终端软件部分均可根据实际应用场合需要进行二次编程，以适应不同应用场合的需要。
本发明所达到的有益技术效果：本发明提供了一种基于无线传感器网络的设备故障监测系统，可以实现设备的远程故障监测，具有阈值报警与故障分析功能，大幅解放人力物力。传感器实时传输数据实现24小时不间断监控，结合傅里叶变换与小波变换算法保证监测精确度，克服传统远程监测传感器存在的测量精度低难题，且区域控制终端与本地终端均可二次编程开发，具有很强的适用性。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为基于无线传感器网络的设备故障监测系统框图
图2为区域控制终端组成框图
图3为ZigBee无线传感器网络的星形拓扑
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。
如图1所示，本发明提供一种基于无线传感器网络的设备故障监测系统，包括无线振动传感器组，区域控制终端，本地终端与云服务平台四个模块。首先由无线振动传感器组采集设备振动信息，通过ZigBee无线通信技术发送给区域控制终端，随后由区域控制终端对接收到的传感器组数据进行处理、存储和显示，并通过WiFi协议将数据发送到本地终端和云服务平台，然后由本地终端对所采集的数据进行分析诊断，一方面设置设备加速度、速度、位移的阈值用于阈值报警，显示设备故障状况，一方面基于LabVIEW实现进一步频谱分析，结合设备正常运行的频谱特征协助判断故障类型。此外，系统由云服务平台提供设备故障信息的存储和用户设备的远程数据查看。
其中，无线振动传感器组包含若干个安装于所监测设备的各个待监测部位的无线振动传感器，无线振动传感器电路包含加速度传感器模块、AD采集模块、电源模块和ZigBee通信模块。其中，加速度传感器模块用于测量设备加速度、速度与位移量，AD采集模块用于对传感器测量量进行AD量化转为数据，ZigBee通信模块用于将所采集到的数据发送给区域控制终端以及接收区域控制终端指令，电源模块用于对无线振动传感器进行供电。
需要解释的是，区域控制终端指令是指，当设备进行故障维修或计划内停机工作时，控制ZigBee通信模块停止数据传输，达到一定节能效果。
区域控制终端组成如图2所示，包含单片机、ZigBee通信模块、WiFi模块、LCD显示屏、存储器模块和电源模块。其中单片机用于汇总、处理无线振动传感器组发送的数据，执行本地终端的指令。ZigBee通信模块用于接收无线振动传感器组发送的数据与发送控制指令，WiFi模块工作在AP模式，通过WiFi协议接收本地终端指令以及发送数据到本地终端和云服务平台，LCD显示屏用于显示电源模块电量以及根据本地终端指令显示报警信息，存储器模块用于存储无线振动传感器组发送的数据与本地终端指令，电源模块用于为区域控制终端供电。
需要解释的是，本地终端指令包括本地终端得出阈值报警与设备故障结果时，控制区域控制终端显示阈值报警与设备故障信号的指令，以及当设备进行故障维修或计划内停机工作时，控制区域控制终端发送ZigBee通信模块停止数据传输的指令。
本地终端包含一个内置LabVIEW软件实现数据分析的PC上位机，用于接收区域控制终端的数据与下达控制指令，控制区域控制终端显示报警信息。其中，LabVIEW软件根据接收到的设备加速度数据，与设置的设备加速度、速度、位移的阈值进行比较，对超出阈值的数据进行报警，并通过对设备加速度值进行快速傅里叶变换和小波变换得到设备振动频谱图，与设备正常工作时的振动频谱进行比对分析，判断可能产生的故障类型。
云服务平台使用阿里云平台创建账号，由区域控制终端通过WiFi协议将无线振动传感器组采集到的数据上传至云平台，用户可以通过手机、平板等设备登录账号后进入云平台查看传感器数据。
无线振动传感器组中若干个无线振动传感器和区域控制终端形成一个ZigBee无线传感器网络星形拓扑，使用ZigBee协议通信，拓扑结构如图3所示，无线振动传感器作为ZigBee End Device节点发送数据，区域控制终端作为ZigBee Coordinator节点接收数据。
需要解释的是，由于使用WiFi协议通信，区域控制终端与本地终端需要接入至同一局域网。
需要解释的是，区域控制终端的单片机部分与本地终端软件部分均可根据实际应用场合需要进行二次编程，以适应不同应用场合的需要。
作为本发明的一个具体实施例，使用本系统监测微纳注水机组的运行状况。在机组电机的前轴水平、前轴垂直、后轴水平、后轴垂直四个关键节点处安装无线振动传感器，形成一个该设备的无线振动传感器组，各无线振动传感器在机组运行时实时采集设备加速度、速度、位移信息，将数据通过ZigBee无线通信技术传输至区域控制终端，经由区域控制终端汇总处理与存储后，通过WiFi协议传输至同一局域网内的本地终端，上传至已设置好账号的云服务平台。由本地终端内置的LabVIEW软件对所采集数据进行分析诊断：若传感器采集到的加速度、速度、位移量均未超过设置好的阈值，本地终端阈值报警功能不会启动，实时记录各节点的振动频谱并定期更新，以便为故障时的频谱提供对比样本，协助设备管理员进行设备运行的追踪；若有传感器采集到的加速度、速度、位移量超过设置好的阈值，则本地终端对该传感器对应节点位置进行针对性报警，同时基于LabVIEW软件进行该节点的振动频谱分析，与设备正常工作时该节点的振动频谱进行比对分析，判断潜在故障类型，帮助设备管理员快速发现故障部位与制定维护方案，同时本地终端还会发送指令至现场区域控制终端，令其显示出节点阈值报警信息。并且当设备进行故障维修或计划内停机工作时，本地终端将控制区域控制终端下达ZigBee通信模块停止数据传输指令，停止各个节点的无线振动传感器ZigBee通信模块工作，达到一定节能效果。不在局域网内的用户可以通过手机、平板等设备登录账号后进入云平台查看传感器数据，实现机组的远程监控。
最后，还需要说明的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，而非对其限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于无线传感器网络的设备故障监测系统，其特征在于：包括无线振动传感器组，区域控制终端，本地终端与云服务平台四个模块，所述的无线振动传感器组用于采集设备振动信息，通过ZigBee无线通信技术发送给区域控制终端，所述的区域控制终端用于将接收到的传感器组数据进行处理、存储和显示，通过WiFi协议将数据发送到本地终端和云服务平台，所述的本地终端用于对所采集数据进行分析诊断，通过设置设备加速度、速度、位移的阈值报警用于警示设备运行故障，基于LabVIEW软件实现振动频谱分析，结合设备正常运行的频谱特征协助判断故障类型，所述的云服务平台用于设备故障信息的存储和用户设备的远程数据查看。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的设备故障监测系统，其特征在于：所述的无线振动传感器组，包含若干个安装于所监测设备的各个待监测部位的无线振动传感器，无线振动传感器电路包含加速度传感器模块、AD采集模块、电源模块和ZigBee通信模块，所述的加速度传感器模块用于测量设备加速度、速度与位移量，所述的AD采集模块用于对传感器测量量进行AD量化转为数据，所述ZigBee通信模块用于将所采集到的数据发送给区域控制终端以及接收区域控制终端指令，所述的电源模块用于对无线振动传感器进行供电。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的设备故障监测系统，其特征在于：所述的区域控制终端包含单片机、ZigBee通信模块、WiFi模块、LCD显示屏、存储器模块和电源模块，所述的单片机用于汇总、处理无线振动传感器组发送的数据，执行本地终端的指令，所述的ZigBee通信模块用于接收无线振动传感器组发送的数据与发送控制指令，所述的WiFi模块工作在AP模式，通过WiFi协议接收本地终端指令以及发送数据到本地终端和云服务平台，所述的LCD显示屏用于显示电源模块电量以及根据本地终端指令显示报警信息，所述存储器模块用于存储无线振动传感器组发送的数据与本地终端指令，所述的电源模块用于为区域控制终端供电。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的设备故障监测系统，其特征在于：所述的本地终端包含一个内置LabVIEW软件实现数据分析的PC上位机，与区域控制终端接入至同一局域网，用于接收区域控制终端的数据与下达控制指令，控制区域控制终端显示报警信息，所述的LabVIEW软件根据接收到的设备数据，与设置的设备加速度、速度、位移的阈值进行比较，对超出阈值的数据进行报警，并通过对设备加速度值进行快速傅里叶变换和小波变换得到设备振动频谱图，与设备正常工作时的振动频谱进行比对分析，判断可能产生的故障类型。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的设备故障监测系统，其特征在于：所述的云服务平台使用阿里云平台创建账号，由区域控制终端通过WiFi协议将无线振动传感器组采集到的数据上传至云平台，用户可以通过手机、平板、PC等设备登录账号后进入云平台查看传感器数据。
6.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的设备故障监测系统，其特征在于：所述的无线振动传感器组中若干个无线振动传感器和区域控制终端形成一个ZigBee无线传感器网络星形拓扑，使用ZigBee协议通信，无线振动传感器作为ZigBee End Device节点发送数据，区域控制终端作为ZigBee Coordinator节点接收数据，所述的区域控制终端通过WiFi协议将数据发送到本地终端和云服务平台。
7.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的设备故障监测系统，其特征在于：所述的区域控制终端的单片机部分与本地终端LabVIEW软件部分均可根据实际应用场合需要进行二次编程，以适应不同应用场合的需要。
CN202111487267.4A 2021-12-07 2021-12-07 一种基于无线传感器网络的设备故障监测系统 Pending CN113949616A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111487267.4A CN113949616A (zh) 2021-12-07 2021-12-07 一种基于无线传感器网络的设备故障监测系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111487267.4A CN113949616A (zh) 2021-12-07 2021-12-07 一种基于无线传感器网络的设备故障监测系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113949616A true CN113949616A (zh) 2022-01-18

Family

ID=79338978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111487267.4A Pending CN113949616A (zh) 2021-12-07 2021-12-07 一种基于无线传感器网络的设备故障监测系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113949616A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114689301A (zh) * 2022-04-01 2022-07-01 苏州德姆斯信息技术有限公司 一种振动告警的处理系统和方法
CN114845261A (zh) * 2022-05-05 2022-08-02 安徽工业大学 基于工业物联网的小型三相异步电机故障监测系统及监测方法
CN115267080A (zh) * 2022-08-01 2022-11-01 罗亚鑫 一种大气污染监测报警系统及其监测报警设备
CN115655452A (zh) * 2022-10-26 2023-01-31 宝武装备智能科技有限公司 可同步数据采集的无线振动传感器组件
CN116537994A (zh) * 2023-05-05 2023-08-04 国家电投集团重庆狮子滩发电有限公司 污水处理净水发电水轮机在线监测系统及方法
CN116866854A (zh) * 2023-05-22 2023-10-10 南京晓庄学院 一种基于无线传感器网络的海洋生态环境监测系统

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114689301A (zh) * 2022-04-01 2022-07-01 苏州德姆斯信息技术有限公司 一种振动告警的处理系统和方法
CN114845261A (zh) * 2022-05-05 2022-08-02 安徽工业大学 基于工业物联网的小型三相异步电机故障监测系统及监测方法
CN115267080A (zh) * 2022-08-01 2022-11-01 罗亚鑫 一种大气污染监测报警系统及其监测报警设备
CN115655452A (zh) * 2022-10-26 2023-01-31 宝武装备智能科技有限公司 可同步数据采集的无线振动传感器组件
CN116537994A (zh) * 2023-05-05 2023-08-04 国家电投集团重庆狮子滩发电有限公司 污水处理净水发电水轮机在线监测系统及方法
CN116537994B (zh) * 2023-05-05 2025-10-24 重庆狮子滩发电有限公司 污水处理净水发电水轮机在线监测系统及方法
CN116866854A (zh) * 2023-05-22 2023-10-10 南京晓庄学院 一种基于无线传感器网络的海洋生态环境监测系统
CN116866854B (zh) * 2023-05-22 2024-03-29 南京晓庄学院 一种基于无线传感器网络的海洋生态环境监测系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113949616A (zh) 一种基于无线传感器网络的设备故障监测系统
CN107748546B (zh) 一种基于LoRa技术的工厂智能巡检系统
CN109491341B (zh) 用于油田作业设备的监控与数据分析系统
CN111591778A (zh) 基于互联网技术的堆取料机远程监控管理系统及方法
CN109189015B (zh) 一种大型风电叶片生产过程智能控制系统
CN105699827A (zh) 一种智能输电线路综合监测分析及一体化运维系统
CN105807742A (zh) 生产设备监控方法及系统
CN102830673A (zh) 基于gprs通信的污水处理设备远程在线监控系统及方法
CN202837985U (zh) 基于gprs通信的污水处理设备远程在线监控系统
CN101885451A (zh) 塔式起重机智能预警系统
CN103163841A (zh) 自动化设备远程监控系统及方法
CN110988559A (zh) 基于物联网的变电站直流系统全生命周期的在线监测方法
CN107390660A (zh) 一种泵站机组监控系统及监控方法
CN103390936A (zh) 变电站二次设备远程重启系统
CN103453984A (zh) 基于WiMAX网络的风力发电机组振动状态监测与故障诊断系统
CN201174613Y (zh) 变电站直流设备网络化监测管理系统
CN209311894U (zh) 一种基于云技术的实时路施工监理系统
CN105577428A (zh) 一种基于多维信息采集的智能变电站虚回路综合监视系统
CN201117066Y (zh) 抽油井自动监测和防盗系统
CN205983124U (zh) 一种综合监控系统
CN114357762A (zh) 一种智慧电力设备云端监控自动化系统
CN211178727U (zh) 一种无线振动监测系统
CN211478901U (zh) 一种离心铸造生产线监控系统
CN204576232U (zh) 一种泵站智能控制管理系统
CN112947281A (zh) 基于plc控制的汽车生产线安全监控系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20220118