[发明专利]基于物联网技术的锻压机床运行工况信息采集与分析系统

摘要

本发明公开了一种基于物联网技术的锻压机床运行工况信息采集与分析系统，系统主要是通过传感器获取锻压机床的运行状态模拟量，通过对PLC的信号点进行采集获取锻压机床的工作状态开关量，这些信息量经过数据采集终端接口电路的处理传到数据采集终端的处理器芯片，然后经过GPRS(General Packet Radio Service)通信模块传到云服务器，便于数据的共享。通过服务器内置软件对云端数据进行实时分析，一方面，作为机床的使用客户，可以通过PC获取机床的运行报告或预警信息，随时监控机床的状态，并可从机床销售方技术人员获取故障诊断报告；另一方面，作为销售方技术人员可随时通过PC查询机床的运行效率、工作曲线等，以便实时了解机床的健康状况，及时对故障进行判断。

主权项

1.一种基于物联网技术的锻压机床运行工况信息采集与分析系统，其特征在于，包括数据采集模块，数据传输模块，数据管理模块和数据共享模块四个模块，其中，所述的数据采集模块：包括位移传感器、温度传感器、电流传感器、液位传感器及PLC，位移传感器、温度传感器、电流传感器、液位传感器分别采集机床的振动信号、机床工作温度、机床主轴电流和液压油液位，PLC用于采集机床的通电状态、主轴启停、冷却液开关信息；所述的数据传输模块：包括嵌入式系统、GPRS DTU(General Packet Radio Service Data Transfer unit)和移动网络通信，嵌入式系统接口电路用于将PLC的输入输出开关量信号及位移传感器、温度传感器、电流传感器、液位传感器的信号通过信号预处理及A/D转换传送给嵌入式系统的处理器芯片ARM，GPRS DTU用于与外界交换信息，可以将信号通过GSM移动通信连接到Internet，进而传到中心数据库；所述的数据管理模块：利用云服务器集群实现，云服务器集群包括中心数据库、Web服务器和数据分析服务器，用于统一管理采集数据，并进行数据的分析处理，生成运行状态报告、产品能耗、效率分析报告，以方便数据的查询与共享；所述的数据共享模块：包括个人计算机，用于数据的共享，一方面机床销售方的技术人员可根据共享数据的分析得到机床的运行状态，对可能出现的故障做出及时的判断，并可依此提出产品改进的方案，生成远程故障诊断报告和机床状态报告提供给客户；另一方面客户可以通过个人计算机随时查询云端数据，随时监控机床的运行状态；该系统的工作流程如下：(1)在锻压机床上外接位移传感器、温度传感器、电流传感器及液位传感器，利用位移传感器、温度传感器、电流传感器、液位传感器分别采集机床的振动信号、机床工作温度、机床主轴电流和液压油液位；(2)对PLC的信号点采集开关量信息，通过读取PLC的I/O状态，来获取机床的通电状态、主轴启停、冷却液开关信息；(3)嵌入式系统的接口电路将所述步骤(1)、步骤(2)中位移传感器、温度传感器、电流传感器、液位传感器与PLC的信号通过信号预处理及A/D转换传送到嵌入式系统的处理器芯片ARM的输入端口，通过驱动GPRS通讯模块，由GPRS无线网络连接到Internet，进而传到中心数据库，所述的GPRS通讯模块为远端站GPRS DTU，DTU开机时自动连接GPRS网络，通过GPRS网络将数据定时发往指定数据库的数据中心，数据中心在收到DTU的数据后，进行协议转换还原用户数据，数据中心可从Internet接入；(4)云服务器集群包括中心数据库、Web服务器和数据分析服务器，中心数据库将接收所述步骤(3)中远端站GPRS DTU传来的数据；Web服务器将管理及存储这些信息，便于用户的查询；数据分析服务器将通过内部的软件对中心数据库的数据进行分析，自动产生机床的运行状态报告、产品能耗、效率分析报告；(5)所述步骤(4)中产生的机床运行状态、产品能耗、效率分析报告存储在云服务器，授权用户可在计算机上登录系统进行查询，一方面机床销售方技术人员可查询机床工作曲线、能耗报告，随时掌握机床的运行状态，也可通过故障诊断模块对数据进行进一步的分析，对机床可能发生的故障做出及时的判断，实现远程故障诊断，并提出故障应对决策；另一方面，机床客户可通过个人计算机随时监控产品的运行状态，得到产品的能耗、效率基本信息，也可从机床销售方的技术人员那里获取远程故障诊断报告及故障应对决策；其中，嵌入式系统采用的是Broadcom BCM2835700MHz ARM1176JZFS处理器，带FPU和Video Core IV双核GPU；服务器端CPU为单颗Intel Xeon E5‑2400、支持双CPU；客户端CPU为Intel Core i3；由位移传感器、温度传感器、电流传感器、液位传感器及PLC采集机床的运行状态信息，传感器主要采集包括主轴电流、主轴功率、温度等模拟量，通过对机床电器电路及PLC信号点的采集获取机床的通电状态、主轴启停、冷却液开关信息；所述数据传输模块的工作原理与工作过程是：嵌入式系统的接口电路将上述传感器与PLC的信号通过适当的处理：滤波、电平转换、A/D转换转换成处理器芯片可接受的信号，传送到芯片BCM2835ARM，然后通过驱动GPRS通讯模块，由GPRS无线网络连接到Internet，进而传到中心数据库；所述的GPRS通讯模块为远端站GPRS DTU，DTU必须内置相关处理协议栈，以完成用户设备的接口协议转换，同时必须具备异常和容错处理的功能，DTU选择CMNET接入Internet与数据中心进行数据交互；云服务器集群包括中心数据库、Web服务器和数据分析服务器，主要负责统一管理采集数据，其特征是高度分布式、高度虚拟化，使得网络资源得到充分的利用；中心数据库接受上述远端站GPRS DTU传来的信息；数据分析服务器通过内部的软件对数据进行分析，得到机床的运行状态报告、产品能耗、效率分析报告；一方面，机床销售方的技术人员可查询机床的运行报告及时了解机床的运行状态，对可能出现的故障做出及时的判断，从而实现远程故障诊断，并提出故障应对决策提供给机床用户；另一方面，机床的使用客户可通过访问Web服务器，随时监控产品的运行状态，得到产品的能耗、效率基本信息，也可从技术人员那里获取远程故障诊断报告及故障应对决策；本系统信号传递的过程是：机床外接传感器和PLC采集机床运行的数据，通过外接电路将数据传送到嵌入式系统的处理器芯片，处理器对信号进行放大、滤波后，通过通信接口，上传到无线数据终端；数据终端通过GPRS网络与移动网络进行远程数据传输，将数据传到云端，云服务器的软件对数据进行处理分析，以便于用户的查询；机床的用户可以随时访问云端数据，及时了解设备的运行状况；机床的维护技术人员可以根据云端的数据进行分析，做出故障诊断报告及应对的决策，提供给用户；该基于物联网技术的锻压机床运行工况信息采集与分析系统依赖于基于ARM技术的工业嵌入式系统平台，实时性强、体积小、功耗低，适用于工业环境；该基于物联网技术的锻压机床运行工况信息采集与分析系统每台机床具备独立联网能力，不依赖客户企业内网；该基于物联网技术的锻压机床运行工况信息采集与分析系统数据传输采用GPRS无限网络，避免了铺设光纤、电缆的工作，并可对销售到各地的机床进行网络连接，并可直接与Internet互通，大幅度提高网络传输速率，保证了数据的时效性，实现了数据的实时采集与上传；该基于物联网技术的锻压机床运行工况信息采集与分析系统数据存储与处理采用的是云服务器，数据管理的难度降低，扩展存储空间方便，数据访问便捷，真正实现了远程监控。