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基于嵌入式状态监测与故障诊断装置的研究与设计

作者:时间:2012-11-22来源:网络收藏
  引 言

  传统的通常采用现场总线方式,但此方式具有很大局限性:现场总线类型多样,相互之间差异较大,不能实现互操作,彼此连接困难,系统的信息共享和实时性不尽如人意。为了更好地搭起终端设备和远程监控系统通信的桥梁,本文提出并设计了基于工业以太网的嵌入式,和传统装置相比,它有以下优势:实现了系统的高效、统一;用户可以通过Internet随时随地监控大范围的终端设备,取代了大量前置PC,具有更好的实时、实效性[1,2]。本装置将现场采集到的实时数据通过以太网直接传送到内嵌的Web服务器上,服务器生成用于远程监测和远程故障诊断的web页面,用户通过键入设备的IP地址,就可以随时浏览到被监测设备的现场运行情况、数据采集信息以及报警信息等。

  2 装置结构与特点

  目前,机电设备的与故障诊断的整个系统结构如图1所示:

嵌入式状态监测与故障诊断系统结构

图1 嵌入式状态监测与故障诊断系统结构

  本文设计开发了此体系的核心装置——嵌入式机电设备监控装置,主要分为3个模块:

  (1)数据采集模块:包括多个现场数据采集单元。主要完成现场数据的检测、采集。

  (2)数据存储与处理模块:包括嵌入式现场总线/以太网监控工控机和数据库。它通过Earthnet/IP协议,和现场总线数据采集单元进行通信,实现灵敏检测和数据存储。

  (3)在线监测模块:包括嵌入式Web服务器和监测网站。服务器生成用于远程监测和故障诊断的web页面。网络用户可以随时掌握现场运转情况,使远程监控真正实现。

  本装置拥有以下三个先进的特征:

  1)应用工业以太网,使Ethernet/IP设备和现场设备能够通信。为了实现这个功能,我们将以太网协议移植进嵌入式Linux。

  2)通过浏览器支持机电设备状态的监控。我们在嵌入式Linux中移植了BOA,设计了动态网页实时监控机电设备。

  3)支持大容量数据存储,用一个黑匣子对设备的实时数据资源进行监控。通过大容量IDE总线的扩展,连接IDE系统硬盘,存储大量数据[3]。

  3 装置的硬件设计

  AT91RM9200是ATMEL针对系统控制及通信领域推出的基于ARM920T内核的新微型控制器。它具有独立的16KB指令和16KB数据cache、全功能的MMU虚拟内存管理单元、16KB SRAM和128KB ROM、64MB NAND Flash 存储器、LCD控制器、EBI接口控制器、4个32位的PIO控制器、20通道的外设数据控制器(DMA)、3个同步串行控制器(SSC)、4个通用同步/异步接收/发送器(USART)、主/从串行设备接口SPI、16路12位ADC、1通道16位DAC、多媒体卡接口(MCI)、以太网10/100 Base-T 以太网媒体访问控制器(MAC)、触摸屏接口、IDE接口等。

  在处理器丰富资源的基础上,本装置对其进行了相关的配置和扩展,将处理器通过16路12位ADC接口对机电设备的电压或电流信号进行采集,IDE接口外挂大容量IDE硬盘,用于存储web、采集的数据等。通过DM9161芯片,该微处理器把EMAC接口外扩为以太网接口RJ45,与工业以太网连接[4]。AT91RM9200通过SPI接口连接CAN控制器SJA1000,CAN控制器与CAN收发器PCA82C250相连,用于连接DeviceNet。硬件结构如图2所示:

硬件结构图

图2 硬件结构图


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