大型机械设备远程监测分析系统的设计与研究

摘要

随着现代机械设备日益向大型化、自动化和高精度、高效率方向发展，机械设备的实时监测分析具有了更深的意义和必要性。但是传统的监测仪器仪表已不能满足功能复杂化、更新快速化、使用便捷化、操作自动化、信息共享化、分析智能化的要求。 本文研究并设计了基于ARM7单片机的大型机械设备远程监测分析系统。将传感器安装在各个待测机组上，通过分布在现场的远程终端单元RTU，将反映机组运行状况的数据就地采样，然后通过网络通讯的方式将数据发送到上位机PC上，工程技术人员即可对设备状态进行在线观测和分析。 本系统在结构上分为远程终端单元RTU和上位机LabVIEW平台两部分。嵌入式远程终端单元RTU基于32位ARM7单片机实现，相比传统的8位或16位单片机可以满足现阶段复杂的工作要求。在系统中设计了信号调理电路和高速A/D电路等来采集传感器传送来的电气信号，然后将经过处理后的采样数据通过以太网接口发送到上位机LabVIEW平台。同时远程终端单元RTU还可以通过RS485及RS232接口与现场的其他设备如PLC进行串行通讯。远程终端单元RTU的软件方面以源码公开的μC/OS-Ⅱ操作系统为软件的底层支持平台，采用多任务的程序设计思想，通过一个主任务和6个用户任务完成系统各部分的软件功能。上位机LabVIEW平台具有信号发生器、数据采集、数据文件管理、幅值分析、时域分析、频域分析以及报警功能几大模块，可以对大型机械设备的工作状态进行在线实时监测与多角度的分析。使用网络芯片与小型TCP/IP协议栈实现上下位机的远程通讯，达到操作自动化、信息共享化，系统软硬件均使用模块化设计，可实现更新快速化及低成本。 通过对掺杂了代表故障信号的多个正弦波的直流信号的采样分析，系统能够即时的提取出信号中的各正弦波成分的频率以及幅值，同时当信号超出界限时，指示灯亮报警，达到了系统设计的预期目的。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1大型机械设备故障监测的必要性

1.2国内外设备状态监测技术研究与发展概况

1.3本课题研究的目的与意义

1.4本课题的研究工作

2系统设计方案及应用技术简介

2.1系统结构及功能概概述

2.2嵌入式系统的TCP/IP协议

2.2.1嵌入式系统的概念和特点

2.2.2 TCP/IP协议概述

2.2.3应用于嵌入式系统的简易TCP/IP协议栈

2.3虚拟仪器技术

3远程终端单元RTU的硬件设计

3.1系统MCU LPC2294

3.1.1芯片介绍

3.1.2芯片主要特性

3.1.3芯片结构概述

3.1.4 ARM7TDMI-S处理器

3.1.5外部存储器控制器

3.2存储器电路

3.2.1外扩并行SRAM

3.2.2外扩并行Flash

3.3模拟量信号采集电路

3.4开关量输入与继电器输出电路

3.5 RS-232与RS-485通讯电路

3.5.1 RS-232电路

3.5.2 RS-485电路

3.6以太网接口电路

3.6.1 RTL8019AS简介

3.6.2 RTL8019AS硬件电路设计

3.7其它电路

3.7.1电源电路

3.7.2复位电路

3.7.3 ISP工作模式选择电路

4远程终端单元RTU的软件设计

4.1 RTU软件总体设计

4.2嵌入式操作系统μC/OS-II及移植

4.3系统启动代码的设计

4.4 RTU软件主函数设计

4.5主任务流程

4.6参数下载任务

4.7 A/D采样任务

4.8 TCP上传任务

4.9串行通信任务

5基于LabVIEW的上位机软件平台设计

5.1 LabVIEW开发环境

5.2上位机软件总体设计方案

5.3上位机软件各功能模块设计

5.3.1信号发生模块设计

5.3.2 TCP/IP数据采集模块设计

5.3.3数据文件管理模块设计

5.3.4幅值分析模块设计

5.3.5时域分析模块设计

5.3.6频域分析模块设计

6系统调试与运行

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢