基于無(wú)線傳輸技術(shù)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

　　0 引 言

　　在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，許多行業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)都是在惡劣的環(huán)境中進(jìn)行，像電力行業(yè)的發(fā)電廠、變電站，石油行業(yè)的油井油田、石油管道，還有煤炭行業(yè)等等。在這些惡劣環(huán)境中生產(chǎn)作業(yè)的大型設(shè)備不適合人靠近，而工業(yè)生產(chǎn)需要實(shí)時(shí)掌控各生產(chǎn)環(huán)節(jié)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的變化，以便及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，為了安全的觀測(cè)這些大型設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，本系統(tǒng)通過(guò)虛擬儀器這個(gè)平臺(tái)來(lái)遠(yuǎn)程觀測(cè)它們的運(yùn)行情況。通過(guò)無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控，技術(shù)人員無(wú)須親臨現(xiàn)場(chǎng)或惡劣的環(huán)境就可以監(jiān)視并控制生產(chǎn)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及各種參數(shù)，使受過(guò)專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練的人員“虛擬”地出現(xiàn)在許多監(jiān)控地點(diǎn)，方便地利用本地豐富的軟硬件資源對(duì)遠(yuǎn)程對(duì)象進(jìn)行高級(jí)過(guò)程控制，以維護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)營(yíng)，從而減少值守工作人員，最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端的無(wú)人或少人值守，達(dá)到減員增效的目的。在我國(guó)，大部分工業(yè)生產(chǎn)單位對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控都使用有線的方式傳送數(shù)據(jù)，這種方式不僅落后，成本高，不易維護(hù)，而且數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的干擾大。本系統(tǒng)用PTR2000無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的方式對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，減少了數(shù)據(jù)傳輸中的干擾，從而提高了傳輸?shù)目煽啃?。而且在軟件上采用Lab-Windows／CVI強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和處理功能，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)采集來(lái)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收，實(shí)現(xiàn)了各種數(shù)據(jù)中特征值的快速處理。該系統(tǒng)使用靈活，成本也不高，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域。

　　1 系統(tǒng)組成

　　對(duì)于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)的組成，主要包括兩個(gè)方面：1）下位機(jī)（即數(shù)據(jù)采集端），以單片機(jī)為控制核心，包括傳感器，信號(hào)調(diào)理電路，數(shù)據(jù)發(fā)射模塊；2）上位機(jī)（即數(shù)據(jù)處理端），以工控機(jī)為控制核心，包括數(shù)據(jù)接收模塊，電平轉(zhuǎn)化模塊。如圖1所示。

圖1：系統(tǒng)構(gòu)成原理圖

　　首先，由傳感變送器將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需要檢測(cè)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的信息轉(zhuǎn)化為電量，傳感器輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路的調(diào)理輸入單片機(jī)，由單片機(jī)的轉(zhuǎn)換功能將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)經(jīng)PTR2000無(wú)線傳輸給上位機(jī)部分的PTR2000，而后經(jīng)過(guò)MAX232把TTL電平轉(zhuǎn)化為RS-232電平，再把RS-232電平送人工控機(jī)，最后由工控機(jī)作數(shù)據(jù)的處理。

　　1．1 大型輸煤進(jìn)口減速器

　　本系統(tǒng)應(yīng)用于福克A-Plus系列平行軸齒輪減速器，它的傳動(dòng)比是1．8：1至437：1，扭矩范圍是2937Nm至621448Nm。額定功率達(dá)14168kW。它堅(jiān)固，耐用，體積小，效率高，具有極其廣泛的工業(yè)用途，其特點(diǎn)包括：齒輪經(jīng)過(guò)滲碳和磨齒修形，傳動(dòng)采用高強(qiáng)度的斜齒齒輪，因而抗沖擊能力強(qiáng)。減速器箱體由鋼板焊接而成，軸承壽命長(zhǎng)，可靠的潤(rùn)滑方法，以及Magnum無(wú)漏防塵的密封方式。

　　1．2 傳感器

　　溫度傳感器采用高精度PT100鉑熱電阻，具有精度高反應(yīng)靈敏等特點(diǎn)，適用于對(duì)機(jī)器設(shè)備及其他工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)溫需要。溫度變送器選用XMTD-D81新型全智能化數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀，該儀表技術(shù)先進(jìn)，性能穩(wěn)定，采用鍵盤(pán)數(shù)字設(shè)定方式進(jìn)行功能設(shè)定，主要包括多路報(bào)警器和報(bào)警的設(shè)置以及密碼設(shè)置等操作。該儀表能夠?qū)T100采集的溫度信息轉(zhuǎn)換成0～20Ma模擬量信號(hào)，同時(shí)還能在溫度超過(guò)設(shè)定溫度時(shí)發(fā)出開(kāi)關(guān)量的報(bào)警信息。

　　在設(shè)備的振動(dòng)檢測(cè)上選用palacetekVS101電子振動(dòng)變送器，該振動(dòng)變送器監(jiān)測(cè)機(jī)器的異常振動(dòng)預(yù)測(cè)機(jī)器的損壞。VS101主要監(jiān)測(cè)以下主要的機(jī)器故障種類(lèi)：轉(zhuǎn)子不平衡（約40％），不對(duì)中（約15％），轉(zhuǎn)承損壞（約15％），皮帶損壞（約15％），VS101將提供報(bào)警或關(guān)閉機(jī)器電源，保護(hù)機(jī)器不受損傷，在大多數(shù)情況下，振動(dòng)可以在機(jī)器損壞前的相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)體現(xiàn)機(jī)器的問(wèn)題。它技術(shù)先進(jìn)，采用先進(jìn)的高級(jí)集成的專(zhuān)業(yè)電子電路，整個(gè)系統(tǒng)無(wú)機(jī)械部件。而且安裝簡(jiǎn)便，僅需2只螺絲釘固定。它內(nèi)置探頭，并且有全封閉鋁外殼，達(dá)到防塵防水標(biāo)準(zhǔn)。

　　1．3 無(wú)線傳輸模塊PTR2000

　　PTR2000是接收發(fā)射合一的無(wú)線傳輸模塊；它的工作頻率為國(guó)際通用的數(shù)傳頻段433 MHz；而且抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場(chǎng)合；采用DDS+PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性極好；它的靈敏度高，達(dá)到105dBm；低工作電壓（2．7 V），功耗小。它具有2個(gè)頻道，特別滿(mǎn)足需要多信道工作的特殊場(chǎng)合，工作速率最高可達(dá)20kb／s（也可在較低速率下工作如9 600 b／s）。可直接接CPU串口使用如8031，也可以計(jì)算機(jī)RS232接口。軟件編程非常方便。由于采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設(shè)計(jì)。使用無(wú)需申請(qǐng)?jiān)S可證。

　　1．4 單片機(jī)

　　本系統(tǒng)采用的單片機(jī)是Atmel公司生產(chǎn)的16。Atmega16具有A／D轉(zhuǎn)換功能和1MIPS／MHz（百萬(wàn)條指令每秒／兆赫茲）的高速處理能力。ATmega16有一個(gè)10位的逐次逼近模型／數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。ADC與一個(gè)8通道的模擬多路復(fù)用器連接，能對(duì)來(lái)自ATmega16端口A的8路單端輸入電壓進(jìn)行采樣。單端電壓輸入以0V（GND）為基準(zhǔn)。ADC包括一個(gè)采樣保持電路，以確保在轉(zhuǎn)換過(guò)程中輸入到ADC的電壓保持恒定。ADC由ATmega16的AVCC引腳單獨(dú)提供電源。AVCC與VCC之間的偏差不能超過(guò)±0．3V。ATmega16內(nèi)部提供標(biāo)稱(chēng)值為2．56V的基準(zhǔn)電壓，以及AVCC，基準(zhǔn)電壓可以通過(guò)在AREF引腳上加一個(gè)電容進(jìn)行解耦，以更好地抑制噪聲。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集部分單片機(jī)供電采用的是外部+5V電源供電方式。

　　2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　2．1 單片機(jī)（Atmega16）與PTR2000的接口電路

　　如圖2由傳感變送器將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的信息轉(zhuǎn)化為電量，傳感器輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路的調(diào)理分別輸入單片機(jī)的八個(gè)模擬信號(hào)輸入端ADC0～ADC7，由單片機(jī)的A／D轉(zhuǎn)換功能將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。單片機(jī)通過(guò)PD4接PTR2000的CS（頻道選擇端，CS=1時(shí)，PTR2000的工作頻率為433．92MHZ，CS=0時(shí)，PTR2000的工作頻率為434．33MHZ），PD5接PTR2000的PWR（節(jié)能控制端，PWR=1時(shí)，PTR2000為正常工作狀態(tài)，PWR=0時(shí)，PTR2000為待機(jī)微功耗狀態(tài)），PD6接PTR2000的TXEN（發(fā)送接收控制端，TXEN=1時(shí)PTR2000工作于發(fā)送方式，TXEN=0時(shí)，PTR2000工作于接收方式）來(lái)控制與PTR2000的DO、DI相連的RXD、TXD實(shí)現(xiàn)串口無(wú)線收發(fā)傳輸數(shù)據(jù)。

圖2：?jiǎn)纹瑱C(jī)與PTR2000的接口電路