周旭 王晴晴 陳開(kāi)松 石祖超 李貴歐

摘要：基于物聯(lián)網(wǎng)的洗煤廠機(jī)械設(shè)備監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)是一個(gè)針對(duì)目前洗煤廠的現(xiàn)狀和隨著物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線通信等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提出的。通過(guò)選用合適的傳感器、節(jié)點(diǎn)對(duì)洗煤廠機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)、溫度信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步搭建起基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)采集、傳輸和服務(wù)器處理系統(tǒng)。從高效性、能量低功耗方面對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)管理。

關(guān)鍵詞：洗煤廠；傳感器；節(jié)點(diǎn)；監(jiān)測(cè)管理

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）16-0276-02

1 引言

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)對(duì)煤炭資源的開(kāi)發(fā)利用也在逐漸增加，為了滿(mǎn)足人們生活中對(duì)煤炭資源的開(kāi)發(fā)、需求和利用，需要洗煤廠設(shè)備高效地完成洗煤工作，同時(shí)還要保證其穩(wěn)定運(yùn)行并且最大限度地減少環(huán)境污染程度。因此，研究對(duì)洗煤廠設(shè)備的監(jiān)測(cè)管理是一項(xiàng)具有時(shí)效性、必要性的工作。隨著國(guó)家生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以及無(wú)線技術(shù)構(gòu)成的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)日益成熟，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制等領(lǐng)域有了廣泛應(yīng)用；基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)被提出并使用在洗煤廠的監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的平臺(tái)獲得了洗煤廠機(jī)械設(shè)備模型的監(jiān)測(cè)量，并對(duì)監(jiān)測(cè)量進(jìn)行了相關(guān)處理。機(jī)械設(shè)備狀態(tài)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)、跟蹤監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)的發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的故障，減少損失以及排除安全問(wèn)題。

利用節(jié)點(diǎn)和傳感器進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)和溫度信號(hào)數(shù)據(jù)的采集，傳感器網(wǎng)絡(luò)使用ZigBee協(xié)議，其優(yōu)點(diǎn)是低功耗節(jié)能。振動(dòng)大小和溫度信號(hào)可以最接近設(shè)備的運(yùn)行狀況，所以采用振動(dòng)信號(hào)為監(jiān)測(cè)量，其次溫度也反映了設(shè)備的運(yùn)行問(wèn)題，最終的數(shù)據(jù)都會(huì)收集在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合及管理。因?yàn)楸O(jiān)測(cè)量直接反映了洗煤設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)選擇穩(wěn)定性高、靈敏度好的傳感器及其所放置的位置，以提供可靠性高的數(shù)據(jù)給工作人員正確的指導(dǎo)。

系統(tǒng)功能模塊分為3部分：數(shù)據(jù)收集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。方案如圖1所示，本系統(tǒng)架構(gòu)主要包括傳感器、節(jié)點(diǎn)、ZigBee技術(shù)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器、人機(jī)界面、控制執(zhí)行單元以及同計(jì)算機(jī)的通信等。構(gòu)建一個(gè)小型的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，把洗煤設(shè)備的溫度和振動(dòng)頻率實(shí)時(shí)傳輸送到控制中心，由控制中心根據(jù)其具體情況進(jìn)行處理。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件部分包括以下模塊：傳感器模塊、CC2430片上系統(tǒng)、電源轉(zhuǎn)換模塊、PC端服務(wù)器模塊。

電機(jī)在運(yùn)行中存在能量消耗，電機(jī)產(chǎn)生的各種消耗最終都轉(zhuǎn)變成熱能。電機(jī)的額定電容通常是由絕緣材料所能承受的最高溫度決定的，超過(guò)最高溫度運(yùn)行的話(huà)，將使電機(jī)絕緣迅速老化，使電機(jī)使用壽命降低。所以在這里溫度是我們所要監(jiān)測(cè)的另一個(gè)參數(shù)。本系統(tǒng)中，選擇用DS18B20數(shù)字溫度傳感器、PT100熱電阻，同時(shí)，需要安裝到合適的位置，使其達(dá)到了防水防塵和穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。

考慮到設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度和可靠性，以及為以后故障診斷提供大量的數(shù)據(jù)，外加主洗車(chē)間的設(shè)備以旋轉(zhuǎn)設(shè)備為主，我們?cè)诿總€(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)備上放置三個(gè)傳感器。在對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集時(shí)，選擇正確的測(cè)點(diǎn)才能得到正確的有用的信號(hào)，放置振動(dòng)傳感器遵循以下原則：盡量靠近振源，盡量在水平、垂直、軸向方向上[1]。CC2430片上系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)合低功耗局域網(wǎng)協(xié)議ZigBee技術(shù)，做到了低成本、低功耗；同時(shí)可以進(jìn)行在線調(diào)試。電源轉(zhuǎn)換模塊可提供穩(wěn)定可靠的電壓，保證給設(shè)備正常供電。其組成模塊如圖2：

4 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)對(duì)設(shè)置傳感器和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化，并成功連接網(wǎng)絡(luò)。總體設(shè)計(jì)如圖3所示，根據(jù)監(jiān)測(cè)的環(huán)境和監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)信息，對(duì)主洗車(chē)間建立適應(yīng)若干分支節(jié)點(diǎn)的樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)滿(mǎn)足傳感器的需求。

無(wú)線通信技術(shù)ZigBee與多個(gè)傳感器、節(jié)點(diǎn)以及穩(wěn)定電源建立聯(lián)系，然后通過(guò)千兆工業(yè)以太網(wǎng)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)服務(wù)器處理判別設(shè)備運(yùn)行狀況。

主要技術(shù)指標(biāo)：

（1）先進(jìn)的無(wú)線傳感器技術(shù)在傳輸?shù)倪^(guò)程中利用現(xiàn)代數(shù)據(jù)融合技術(shù)，以降低功耗和提高數(shù)據(jù)精度。

（2）系統(tǒng)服務(wù)器對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能的分析和處理，方便反饋給工作人員進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。

（3）在分析和考慮洗煤廠實(shí)際生產(chǎn)車(chē)間的情況下，設(shè)計(jì)出符合實(shí)際情況的網(wǎng)絡(luò)分布結(jié)構(gòu)。ZigBee用作通信協(xié)議滿(mǎn)足了低功耗需求。

（4）采用多傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)量的采集，達(dá)到數(shù)據(jù)高可靠性的目的，為了確保洗煤設(shè)備正常運(yùn)行，強(qiáng)化了管理理念，在科學(xué)管理的過(guò)程中，做好維護(hù)與管理工作，提高工作效益。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文的設(shè)計(jì)結(jié)合無(wú)線傳感器技術(shù)，采用了傳感器采集洗煤廠設(shè)備環(huán)境中的溫濕度、機(jī)械振動(dòng)信號(hào)等，實(shí)時(shí)反饋了機(jī)械運(yùn)行及周?chē)h(huán)境情況。通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)，協(xié)議轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器中，達(dá)到了較好的監(jiān)測(cè)效果，實(shí)用性較高。其次，服務(wù)器與PC機(jī)和控制中心建立連接處理數(shù)據(jù)，及時(shí)給工作人員發(fā)出機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障的警報(bào)，可最大限度地提供安全保障，減輕經(jīng)濟(jì)。該系統(tǒng)成本低、功耗低、監(jiān)測(cè)量可靠性高，實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)還可用于大部分的機(jī)械系統(tǒng)中。此外，由于溫度傳感器在線測(cè)出傳感器所處環(huán)境的溫度，將傳感器的輸出經(jīng)過(guò)放大和A/D變換傳到微處理器處理，可實(shí)現(xiàn)誤差的校正。設(shè)計(jì)模型方便于對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理。

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