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嵌入式抛丸机远程监控系统的设计与相关原理

发布日期:2018-04-16 14:28 浏览: 作者:抛丸机生产厂家

  抛丸清理是提高钢材抗冲蚀、抗腐蚀能力以及钢材寿命的一个必不可少的环节,用于机械的大多数领域,因此,抛丸机的应用市场较广泛。抛丸机在抛丸生产过程中经常处于过载高负荷的工作状态,工作强度大,易出现故障,造成制造商的售后服务成本较高。针对该问题,我公司设计了一套嵌入式抛丸机远程监控系统。通过该系统,制造商可远程实时监控抛丸机,并可针对抛丸机控制部分的故障进行远程维护;用户可登录该系统的浏览页面寻求专家的支持对抛丸机进行维护,从而大大降低了售后服务及生产成本。

一、抛丸机系统工作原理

  嵌入式抛丸设备远程监控系统以ARM嵌入式控制装置为核心,结合Internet网络技术实现。如图1所示,抛丸机的信息通过传感器传给嵌入式控制装置,嵌入式控制装置与Internet网络连接,将数据传给远程诊断中心(其中的数据包括严重故障参数,如提升机打滑、上下料辊道严重超载等),由远程诊断中心判断抛丸机是否出现故障,同时通过Internet网络将处理后的数据传输给嵌入式控制装置,达到控制抛丸机运转的目的。

图 1  嵌入式抛丸设备远程监控系统工作流程

二、抛丸机系统设计:

  1、硬件设计:

  嵌入式抛丸机远程监控系统由嵌入式处理器、传感器模块、存储器、通信模块、输入输出接口、电源等组成,如图2所示。

图 2  嵌入式抛丸机远程监控系统硬件结构

  嵌入式处理器采用ARM7内核微处理器芯片LPC2114,该芯片是一种支持实时仿真和跟踪的16/32位基于ARM7TDMI- S内核的CPU,内部集成了4路10位AD转换器,2个32位定时器、1个实时时钟和看门狗,多个串行接口,46个与TTL电平兼容的通用I/O口,最多达9个外部中断,非常适合作为控制单元[1]。

  为了监控抛丸生产线的故障信息,需要用到各种传感器。在上料辊道上连接压力传感器防止超载;抛丸器连接转速传感器以便检测其转速是否过快;弹丸循环装置中的提升机也需安装速度传感器(提升机容易打滑);电磁弹丸流量控制器内带有电磁传感器,通过控制电流磁场的大小决定弹丸的流量;料斗部分安装料位传感器监控丸料的多少;除尘器的后方安装粉尘浓度传感器防止排放到大气中的粉尘超标;烘干室里安装温度传感器防漆烘不干或烘焦。

  通信模块由RTL8019芯片和RJ45接口组成,与Internet网络之间采用TCP/IP协议通信。

  2、软件设计:

  嵌入式抛丸设备远程监控系统软件分为2个部分:远程诊断中心软件和嵌入式软件。笔者选用北京亚控公司开发的组态王软件作为远程诊断中心软件的开发平台。该组态王软件是可在PC机上建立工业控制人机接口的一种智能软件包,主要由工程管理器、工程浏览器和画面运行系统3个部分组成。工程管理器内嵌画面管理系统,用于新工程的管理和已有工程的管理;工程浏览器用于查询工程的各个组成部分,完成构造数据库、定义外设、系统配置及代码编程等功能;画面运行系统是组态王软件的实时运行环境,并可将数据的变化以动画的方式形象地表示出来[2]。嵌入式软件包括操作系统、用户软件等部分,其中操作系统采用μC/OS- Ⅱ操作系统,它是一个可裁剪,源码开放,结构小巧,抢先式的实时多任务内核,具有执行效率高,占用空间小,可移植性强,实时性能优良和可扩展性强等特点,可以直接在其上利用自带的API进行用户应用程序开发。

  该系统软件设计采用模块化程序设计方法,主要有参数初始化程序、接收发送数据程序、严重故障参数判断程序、故障诊断分析程序、故障维护检修程序。主程序流程如图3所示。

图 3  嵌入式抛丸机远程监控系统主程序流程

三、抛丸机监控系统相关技术

  1、数据通信技术:

  嵌入式控制装置和远程诊断中心之间采用TCP/IP协议通信,TCP/IP协议是一种分层模型,分为应用层、传输层、IP层和网络接口层。其中传输层用于保证数据的可靠性,传输层的传输协议分为传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP两种。TCP提供面向连接的、稳定的网络传输服务,按照数据发送的先后来传输数据,接收方若没有接收到数据则重发,而UDP是一种无连接的不可靠的协议,因此,该系统选用传输控制协议TCP。

  2、数据安全技术:

  Internet网络是一个开放式的网络,在其上传输的数据有可能遭到数据篡改等一些恶意的攻击,因此,需要采取有效措施确保数据的安全性和完整性。嵌入式控制装置采集到的数据需要快速地发送到远程诊断中心以便实现实时监控功能,所以采用算法较快的Hash签名技术;当远程诊断中心向嵌入式控制装置发送控制指令时既要保密又要保证其完整性,所以采用既可以用来加密数据又可以用来身份认证的RSA签名技术。

四、嵌入式抛丸机监控系统研究意义

  将嵌入式技术与Internet网络相结合,设计了一种嵌入式抛丸设备远程监控系统,分析了系统的工作原理和一些相关技术。该系统通过远程监控的方法预防抛丸设备故障的发生,提高了企业的经济效益。目前,该系统已在青岛铸造机械集团的抛丸设备上应用,结果表明,该系统运行可靠,操作简单。随着研究的深入,该系统还可以扩展到其它工业设备的监控中。

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