《智能仪表的远程诊断系统设计概述》
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摘 要 针对传统的电动执行机构在销售过程中出现的现场报修和服务响应模式落后、仪表运行记录和故障记录难以及时发送给诊断专家、无法实现专家远程同屏可视化监控和调整参数等缺点,提出了一种智能仪表的远程诊断系统,该系统以STM32单片机为主控芯片,同时配有蓝牙模块、数据管理模块和手机APP客户端;该系统能够实现执行机构的历史数据管理、可视化远程监控、在线故障诊断以及预防性维护等功能;该系统具有操作简单、性能稳定、技术先进等优点.
关键词 STM32;数据管理;故障诊断;预防性维护;蓝牙;手机APP
Design of intelligent instrument remote diagnosis system
Yang Yingcui
Shanghai automatic instrument co., LTD., Shanghai 200072, China
Abstract In view of the traditional electric actuators at the scene of the sales in the process of the repair and backward service response mode, instrument operation records and the records to timely sent to the fault diagnosis expert, unable to realize remote with expert panel visual monitoring and adjusting parameters such as faults, puts forward a kind of intelligent instrument remote diagnosis system, the system the STM32 microcontroller as the main control chip, at the same time equipped with bluetooth passthrough module, data management module and mobile phone APP client;The system can realize the functions of historical data management, visual remote monitoring, online fault diagnosis and preventive maintenance.The system has the advantages of simple operation, stable performance and advanced technology.
Key words STM32; Data management; Fault diagnosis; Preventive maintenance; Bluetooth passthrough; The phone APP
引言
智能儀表涉及数据采样和设备执行,一旦发生故障,会对工厂生产过程造成较大的影响,所以工厂希望在仪表发生故障时,能快速地解决存在的问题.由于电动执行机构的复杂性和多样性,用户往往对仪表不熟悉,无法快速排除,而在寻求仪表厂家帮助时,很多时候信息交流不顺畅,厂家无法得到真实的使用情况,造成维修时间较长,对生产造成较大影响.特别是在一些化工、电力、核工业设施等大型工程中更明显,这些部门都要求生产的稳定性,一旦故障长时间不能排除,将导致灾难性的后果.相比之下,通过智能能仪表的远程诊断系统,将仪表生产厂家和应用厂家之间建立了一个充分沟通的渠道,为新型智能仪表的选型指导、现场人机交互、可视化监控、远程专家协同故障诊断、基于大数据的预防性维护等提供了新的技术手段, 实现了实时用户APP、远程专家APP多屏同步、远程设置、快速解决仪表使用过程中突发问题,提升售后服务效率,监测产品全生命周期,降低产品运行维护成本、促进企业升级转型.
1系统总体方案设计
该智能仪表的远程诊断系统主要由新型智能仪表研制和综合服务APP两部分组成.①新型智能仪表研制.针对公司现有电动执行机构和流量计等新型智能仪表系列产品,采用蓝牙4.0高速通信技术,实现智能仪表与手机APP数据交互.开发嵌入式应用软件,扩展仪表自诊断和远程专家协同诊断技术;②综合服务APP开发.开发基于云平台的工业自动化仪表综合服务手机APP,涵盖技术咨询、安装指导、可视化监控、运行优化、服务报修、实时故障诊断、产品健康评估、预防性维护等应用模块[1].
2智能手机APP设计
智能手机APP使用成熟的商用操作系统Android/IOS开发,集成了蓝牙技术、云技术,实现了业务层、存储层和感知层的智能互联.普通市售智能手机或者平板电脑即可安装运行,大大提高了用户的适用性.
基于云平台的智能手机APP 服务系统业务视图涵盖八项主要业务：技术咨询、安装指导、可视化监控、运行优化、服务报修、实时故障诊断、产品健康监测和预防性维护.其中,可视化监控指导其他五项业务的协调运行.通过技术咨询、安装指导、可视化监控、运行优化、服务报修、实时故障诊断提供的仪表设备保障、人员保障及应急保障,保证执行机构的工作模块的正确运行.产品健康监测和预防性维护为执行机构提供预防方案和策略,实现一次性产品销售模式转变为长期性维护服务模式.
其中,技术咨询包括发起咨询、服务响应、专家匹配及选型指导;安装指导包括发起请求、服务响应、专家匹配及在线指导;售后可视化监控包括设备连接、监控授权、多屏同步、状态监控、故障报警记录及维护记录;运行优化包括参数设置、优化模型加载、动态优化及可视化;服务报修包括发起报修、设置授权码、服务响应、专家匹配、在线服务及服务评价;实时故障诊断包括现场通信、设置授权码、专家匹配、在线诊断、远程授权控制及案例入库;预防性维护包括历史数据加载、模型选择、数据挖掘、维护预测及预防性维护报告.
当智能仪表用户在使用现场发现产品故障时,可以通过远程手机APP申请远程专家实时故障诊断.仪表用户在远程手机APP的对应界面发出远程申请并填写申请订单信息,仪表生产厂家通过本地手机APP收到该远程诊断申请后进行专家分配并设置授权码实现远程连接.指定专家和用户在远程诊断系统界面可通过视频聊天、信息或图片传输的形式进行现场通信.指定专家通过远程可视化监控可以实现快速的在线故障诊断和可视化参数设置,指导用户解决现场问题[2].
3智能仪表内部的系统实现
新型智能仪表系统的主控制器采用基于Cortex-M3内核的嵌入式处理器STM32F107为,其具有72MHz主频,五个USART接口,集成了各种高性能工业标准接口,且STM32不同型号产品在引脚和软件上具有完美的兼容性,可以轻松适应更多的应用,能够高效的实现高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用系统开发.
3.1 本地设备数据库实现
建立本地设备数据库,支持通过蓝牙MAC,设备标签,序列号等方式检索及数据库维护.完善的设备数据库可以为智能仪表故障诊断和预防性维护提供有效依据,快速响应售后服务,延长产品的使用寿命.
由于智能仪表系统要处理的数据量很庞大导致主处理器内存空间不足,需要外扩一个铁电存储器用来存储掉电后需要保存的历史数据.考虑到存储容量大和使用寿命长的需求,选用铁电存储器MB85RS256A.MB85RS256采用串行设备接口,无须备用电池即可保存数据,它使用的存储单元可用于10^12次读/写操作,不需要等待时间.
本地设备数据库记录智能仪表的运行数据和统计量数据.数据记录采用结构体形式进行分类存储,其中智能仪表的运行方式、故障状态和控制方式等组成了运行数据结构体,当且仅当这些参数的数据状态发生变化时才执行一次数据存储操作,此部分数据采用分页显示,最大运行数据记录数为2000条,分成10页,最新的数据记录在第一页第一条.当被记录的数据量达到2000时,地址重新回到起始地址处开始计数,采用帧覆盖的方法依次进行记录刷新.
铁电存储器总记录条数、电机总运行时间、产品总上电时间、开/关方向电机总启动次数和电机每小时最大启动次数等组成了统计数据结构体,此部分数据采用一次性存储模式[3].本地数据库的程序框图如下：
3.2 蓝牙系统
智能仪表和手机APP之间通过蓝牙技术进行数据交互,数据传输格式采用标准Modbus通信方式,数据结构保持一致方便扩展.数据管理过程中采用了严格的数据保护手段,为了防止通信过程中数据被冲掉采用了三重保护：软件保护、硬件保护和标准MODBUS的CRC校验.
蓝牙系统由无线蓝牙模块实现,用串口进行控制,直接控制模块芯片寄存器就可以实现无线收发,且满足标准的无线蓝牙协议4.0,它具有简单,易用,开发速度快,且可以用智能手机来实现控制等优点.同时,蓝牙4.0最重要的特性是省电,极低的运行和待机功耗可以使一粒纽扣电池连续工作数年之久,此外,还有低成本和跨厂商互操作性,3毫秒低延迟、AES-128加密等诸多特色.
蓝牙手机客户端为主站,执行机构为从站.用户产品通过蓝牙模块与手机APP进行双向通信,也就是蓝牙模块把从用户产品那里接收到的数据或命令原封不动地传给手机APP,同样蓝牙模块把从手机APP那里接收到的数据或命令原封不动地传给用户产品,从而通过蓝牙模块这个实现了用户产品和手机之间的无线数据传输.
本地数据库可通过蓝牙技术与智能手机APP进行数据交换,记录的数据可在手机APP显示界面上显示,并可记录下载,在产品出现故障时,可以通过事件记录了解产品在故障发生时以及故障发生前的产品运行情况,为执行机构的预防性维护与故障诊断提供全面的数据采集和分析[4].
4结束语
智能仪表的远程诊断系统均会集成先进的数据记录器.它可记录各种环境下的产品运行情况,记录应用环境的工艺参数及其对产品运行的影响;所有关键的运行数据都被监控并保存,例如动作次数、报警记录、操作记录等,至少可保存1周,记录在带时间戳记的事件报告中.此外,可以记录和监控力矩曲线,以便检查智能特性是否发生改变,可根据变化提示是否要进行预防性的维护.
智能仪表还可通过蓝牙技术与智能手机APP进行数据交换,可全局检查设备的组态参数,包括各种数据处理及图形的绘制,并可记录下载,记录的数据可在显示屏上顯示,同时手机APP 可通过蓝牙技术将执行机构内部数据读取,并进行故障诊断,或将手机APP上的数据通过网络发送给技术部门,技术人员用专用的软件来进行分析,远程提供技术支持.在产品出现故障时,可以通过事件记录了解产品在故障发生时以及故障发生前的产品运行情况,可为电动执行机构的计划保养与故障排除问题提供全面的数据采集和分析[5].
智能仪表的远程诊断系统的使用,将仪表生产厂家和应用厂家之间建立了一个充分沟通的渠道,使两者之间的信息交流更为全面和快捷,能快速诊断自动化仪表现场故障,并提供解决方案,提升了企业售后服务效率,实现了快速的售后服务.
参考文献
[1] 赵培宇,李其华.FRAM铁电存储器的应用[J].江汉大学学报（自然科学版）,2004（3）：52-55.
[2] 佚名.Modbus的使用说明详解[ED/OL]. https：//wenku.baidu.com/view/256de978974bcf84b9d528ea81c758f5f61f29d1.html,2017-11-10.
[3] 周琛晖.蓝牙技术及应用简析[J].中国新通信,2008（21）：68-70.
[4] 佚名.走进蓝牙4.0[J].电脑知识与技术,2013（5）：97-99.
[5] 葛二灵.基于云计算的设备远程故障诊断中心的设计与实现[D].南京：南京理工大学,2014.
上文汇总：上文是关于对不知道怎么写系统设计论文范文课题研究的大学硕士、系统设计本科毕业论文系统设计论文开题报告范文和文献综述及职称论文的作为参考文献资料.
系统设计引用文献:
[1] 最新超市管理系统设计论文选题参考 超市管理系统设计论文题目选什么比较好
[2] 优秀计算机控制系统设计论文选题 计算机控制系统设计论文题目怎样定
[3] 经典信息系统设计论文题目 信息系统设计毕业论文题目如何定
