制造装备嵌入式智能监控与远程维护系统技术方案

本发明专利技术公开了一种制造装备嵌入式智能监控与远程维护系统，由远程维护中心和分布在异地的嵌入式智能监控与维护单元组成星形网络；嵌入式智能监控与维护单元包括微控制器、数据采集模块、数据交互模块、人机交互模块以及数据存储模块，远程维护中心包括系统状态监控、装备故障诊断模块和装备管理模块；本发明专利技术系统具有人机交互功能，应用场合广泛，而且能很好地进行实时数据处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于制造过程中工况监测及故障诊断领域，特别是一种针对制造装备的嵌入式智能监控与远程维护系统。
技术介绍
随着科技的进步，制造系统向着自动化、智能化、集成化的方向发展，因此实现制造装备的工况监测、远程监控以及维护功能是制造系统发展的需求，同时也是提高制造企业生产效率和管理水平的重要手段。目前针对制造装备的远程监测、诊断和维护，主要是基于PLC作为底层数据信号采集与发送终端，工控机作为上位机实现监控功能。这种模式无法充分体现PLC的过程控制性能，同时也无法采集现场视音数据和其他不通过PLC控制的信号，系统整体臃肿，可移植性差，具有较大的局限性。如专利号为CN201120168564.8的技术专利公开了一种工程机械远程监控系统，系统包括:服务器，接收监控终端发送的监控信息及GPS定位信息，解析、处理、存储并显示所述监控信息及GPS定位信息，以及向所述监控终端发送被监控的工程机械设备的设置信息；监控终端，置于被监控的工程机械设备上，通过CAN总线与所述被监控的工程机械设备的各仪表相连，采集所述被监控的工程机械设备的监控信息及GPS定位信息，并通过短信或GPRS将所述监控信息及GPS定位信息发送至所述服务器。该专利使用CAN总线收集现场状态信息，无法进行现场数据处理及存储，且接口较少，在应用场合上不够宽泛。 如专利号200810241690.4的专利技术专利公开了一种监控装置、使用该装置的污水处理系统和监控方法，装置包括中央处理器CPU、与中央处理器通信连接的数据信号输入接口、模数转换模块、射频单元、存储器，还包括电源、与射频单元连接的天线，射频单元经天线连接GPRS或CDMA通信网络；系统包括分散式污水处理设备、连接分散式污水处理设备的监控装置和管理人员手机，使用该装置实现对分散式污水处理设备遥控及获取故障信息并发送至管理人员手机。该专利没有用于视频采集以及人机交互模块，在应用场合上不够广泛，而且系统不能很好地进行实时数据处理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制造装备嵌入式智能监控与远程维护系统，实现制造装备运行时工况监测与故障诊断维护功能。系统基于模块化设计，易于扩展和维护，通用性强，集成度高。实现本专利技术目的技术解决方案为:由远程维护中心和分布在异地的嵌入式智能监控与维护单元组成星形网络；嵌入式智能监控与维护单元包括微控制器、数据采集模块、数据交互模块、人机交互模块以及数据存储模块，远程维护中心包括系统状态监控、装备故障诊断模块和装备管理模块；嵌入式智能监控与维护单元采集制造装备现场运行数据，通过GPRS无线网络发送给远程维护中心，远程维护中心接收数据进行工况显示，故障发生后，远程维护中心应用智能故障诊断方法得到诊断结果并将维护报告回传给嵌入式智能监控与维护单元；同时针对制造装备现场的工控机，嵌入式智能监控与维护单元通过数据交互模块的以太网接口将制造装备现场运行数据发送给工控机，实现制造装备运行状态的本地监控功能。嵌入式智能监控与维护单元中，各模块与微控制器外设接口相连，微控制器通过接口与制造装备主控制器PLC进行实时数据交互获得制造装备系统参数和开关状态数据，通过传感器采集制造装备的压力、速度、加速度运行参数，同时通过摄像头采集装备整体运行状态；微控制器对采集到的数据进行去除、滤波前期处理，评估制造装备的运行状态，根据数据类型保存在不同的存储器中，再通过FSMC接口将数据传输给人机交互模块，在人机交互模块中显示装备实时运行状态。嵌入式智能监控与维护单元的中微控制器为ARM微控制器，ARM微控制器采用Cortex-M4内核的STM32F4系列芯片；ARM微控制器与制造装备主控制器PLC进行实时数据交互通过的接口为RS-485，RS-485接口采用RSM485嵌入式隔离收发器；ARM微控制器还预置RS-232、CAN通信接口。人机交互模块包括液晶显示器以及矩阵键盘，矩阵键盘与ARM微控制器相连，液晶显示器通过FSMC接口与ARM微控制器相连，并且采用CPLD结合SRAM驱动方式，实现了图形分层显示。数据交互模块包括以太网接口和GPRS无线传输模块，GPRS无线传输模块包括LPC2132微控制器、GTM900C GSM/GPRS芯片、MAX3232电平转换芯片、AT24C02数据存储芯片以及电源模块，其中各模块分别与LPC2132微控制器相连，LPC2132微控制器与ARM微控制器通过RS-232接口通信。远程维护中心各功能模块通过数据库实现数据交互，远程服务器接收嵌入式智能监控与维护单元通过GPRS网络发送过来的制造装备现场运行数据并保存在数据库中，系统状态监控模块读取以上数据显示制造装备的现场运行状态，装备故障诊断模块应用神经网络智能故障诊断方法对制造装备进行在线和离线故障诊断与维护，同时装备管理模块对监控的装备进行添加、删除操作。嵌入式智能监控与维护单元为本嵌入式智能监控与远程维护系统目标实现的关键，微控制器为ARM微控制器，采用Cortex-M4内核的STM32F4系列芯片，各模块与ARM微控制器外设接口相连，ARM微控制器通过RS-485接口与制造装备主控制器PLC进行实时数据交互获得制造装备系统参数和开关状态数据，通过传感器采集制造装备的压力、速度、力口速度运行参数，同时通过摄像头采集装备整体运行状态;ARM微控制器对采集到的数据进行去除、滤波前期处理，评估制造装备的运行状态，根据数据类型保存在不同的存储器中，再通过FSMC接口将数据传输给人机交互模块，在人机交互模块中显示装备实时运行状态。本专利技术与现有技术相比，其显著优点:(1)系统在不介入原有制造装备控制系统的前提下，通过嵌入式智能监控与维护单元中间件实现制造装备的工况监测及故障诊断功能；(2)系统使用以太网和GPRS两种通信方式，实现制造装备的局域网监控及远程维护功能，在保证设备数据安全性的同时减少了设备维修时间和停产损失；(3)系统使用Cortex-M4内核的微控制器，在具有ARM芯片低功耗、低成本和易于使用优点的同时还具有高效的数字信号处理功能，满足工业现场运行数据的实时处理需求；(4)系统集成化程度高，主要模块单独设计通过接口与微控制器相连，系统功能齐全，可配置性高；(5)嵌入式智能监控与维护单元采用单一处理器模式，避免了使用主从处理器时的高成本以及主从处理器间通信的不可靠；同时单元具有多种通信接口，能够和原有控制系统实现数据交互，具有很强的通用性。附图说明图1为本专利技术嵌入式智能监控与远程维护系统总体构成示意图。图2为本专利技术嵌入式智能监控与维护单元硬件结构设计示意图。图3为本专利技术嵌入式系统软件设计总体框图。图4为本专利技术嵌入式系统软件任务具体划分以及实现示意图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。结合图1，说明嵌入式智能监控与远程维护系统总体构成:嵌入式智能监控与远程维护系统包括嵌入式智能监控与维护单元以及远程维护中心。嵌入式智能监控与维护单元通过与制造装备主控制器PLC进行实时数据交互获得制造装备系统参数、开关状态等内部状态数据，通过传感器采集制造装备压力、速度、加速度等重要运行参数，同时通过摄像头采集装备整体运行状态，并在液晶显示器上显示装备实时运行状态，同时对采集到的数据进行处理得到制造装备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造装备嵌入式智能监控与远程维护系统，其特征在于：由远程维护中心和分布在异地的嵌入式智能监控与维护单元组成星形网络；嵌入式智能监控与维护单元包括微控制器、数据采集模块、数据交互模块、人机交互模块以及数据存储模块，远程维护中心包括系统状态监控、装备故障诊断模块和装备管理模块；嵌入式智能监控与维护单元采集制造装备现场运行数据，通过GPRS无线网络发送给远程维护中心，远程维护中心接收数据进行工况显示，故障发生后，远程维护中心应用智能故障诊断方法得到诊断结果并将维护报告回传给嵌入式智能监控与维护单元；同时针对制造装备现场的工控机，嵌入式智能监控与维护单元通过数据交互模块的以太网接口将制造装备现场运行数据发送给工控机，实现制造装备运行状态的本地监控功能。

【技术特征摘要】
1.一种制造装备嵌入式智能监控与远程维护系统，其特征在于:由远程维护中心和分布在异地的嵌入式智能监控与维护单元组成星形网络；嵌入式智能监控与维护单元包括微控制器、数据采集模块、数据交互模块、人机交互模块以及数据存储模块，远程维护中心包括系统状态监控、装备故障诊断模块和装备管理模块；嵌入式智能监控与维护单元采集制造装备现场运行数据，通过GPRS无线网络发送给远程维护中心，远程维护中心接收数据进行工况显示，故障发生后，远程维护中心应用智能故障诊断方法得到诊断结果并将维护报告回传给嵌入式智能监控与维护单元；同时针对制造装备现场的工控机，嵌入式智能监控与维护单元通过数据交互模块的以太网接口将制造装备现场运行数据发送给工控机，实现制造装备运行状态的本地监控功能。2.根据权利要求1所述的制造装备嵌入式智能监控与远程维护系统，其特征在于:嵌入式智能监控与维护单元中，各模块与微控制器外设接口相连，微控制器通过接口与制造装备主控制器PLC进行实时数据交互获得制造装备系统参数和开关状态数据，通过传感器采集制造装备的压力、速度、加速度运行参数，同时通过摄像头采集装备整体运行状态；微控制器对采集到的数据进行去除、滤波前期处理，评估制造装备的运行状态，根据数据类型保存在不同的存储器中，再通过FSMC接口将数据传输给人机交互模块，在人机交互模块中显示装备实时运行状态。3.根据权利要求1或2所述的制造装备嵌入式智能监控与远程维护系统，其特征在于:嵌入式智能监控与维护单元的中微控制器为ARM微控制器，AR...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆宝春，袁先圣，李冬梅，郑伶俊，卫俊俊，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：