一种远程裁断机健康监测系统

李培江+尤婷+李根

【摘 要】柔性材料裁断机械是轻工业的一种重要设备，如何及时掌握裁断机械运行状态则是保证现代化连续大生产的重要保证，本文提出了一种远程监控系统，利用物联网技术，建立现场信号的无线传感器网络，各传感器节点采集设备运行参数，并以无线的方式将数据发送至汇集节点，汇集节点接入Internet，并将各数据发送至远程，实现裁断机的全自动化及管控信息化。

【关键词】裁断机；健康监测；信号采集；远程监控

柔性材料裁断机械是制鞋业、箱包业、服装业生产的一种重要设备，大量机械设备的投入是相关企业提高生产效率、降低生产成本的重要手段。由于这些机械是现代化连续大生产过程中的关键部分，一旦发生故障造成停机，不仅使其本身遭受重大损失，而且有可能造成连续生产中断，甚至停工停产，有的还可能带来灾难性后果[1-2]。

因此，如何及时掌握设备运行状态则是保证现代化连续大生产的重要保证，网络技术和现代通讯技术的不断发展成熟，为裁断机远程诊断技术提供了技术基础，可以使专家们能通过网络及时了解裁断机械的运行状态[3]。一旦出现故障，现场的故障数据或故障分析图谱可以很快的传给专家，专家分析完毕后再返回诊断结果，指导现场人员处理现场情况。

远程裁断机状态监测技术使人们摆脱距离的束缚，可以在异地及时地查看设备的运行状态，改进了企业的设备管理模式[4-5]，设备运行中形成了大量详实数据和各类图谱为企业的故障诊断技术支持打下坚实的基础。

本项目开发了一种皮革裁断设备的远程健康监测系统，通过物联网技术的智能感知，可以获取裁断设备的健康状况，而且为以后的故障诊断提供样本，大大加快了故障的处理效率。

1 总体技术方案与软件结构

裁断机在正常工作时，需要对压力、温度、噪声以及振动等各种参数进行监测，以判断其工况，因此要开发底层数据采集接口硬件，实现数据采集，为了加强对产品的集中监测及售后维护，各状态参数需实时上报至远程监测中心进行分析，需要开发基于Internet网络的远程监测软件平台，通过Internet实现对国内外各地裁断设备的运行状态进行监控。为了保证远程监控终端能够访问服务器，远程中心服务器需配置一个固定的IP地址，接入Internet，鉴于上述分析，系统平台的总体结构如图1所示：

上述网络结构主要分为三部分：

（1）现场信号采集及通信（简称为采集通信端），主要利用物联网技术，建立现场信号的无线传感器网络，各传感器节点采集设备运行参数，并以无线的方式将数据发送至汇集节点，汇集节点接入Internet，并将各数据发送至远程；

（2）本地在线监测与诊断站（简称本地机），主要为本地机提供设备的运行状态监测及分析诊断功能，并将运行数据保存在本地；

（3）远程监测及故障诊断中心（简称远程中心），基于Internet的互联网应用，是本地机监控系统在空间上的延伸和拓展，为远程客户提供基于IE浏览器的快捷访问，完成对远程软性材料裁断机设备的远程在线监测及故障诊断，其软件结构如图2所示。

2 现场信号采集硬件设计方案

现场信号的采集是通过传感器网络节点来实现的，节点是采用TI公司的CC2430芯片为核心，结构如图3所示，温度、位置和力等模拟信号送入到CC2430中转换成数字量，再将这些信息通过天线发送至汇集节点，这些信息也可以在现场的LCD上显示出来。

网关结构如图4所示，汇集节点将数据传送至嵌入式计算机中，嵌入式计算机一方面对3G模块进行设定与管理，使传感层接入Internet并实时监测掉线，保证实时在线，以防传送中断，另一方面先对汇集节点传送的数据做FIFO处理，保证数据不会丢失。

3 系统测试与应用

该系统进行了多次测试并实际投入使用。大量的运营数据分析表明，该系统满足实时性、准确性和经济性的要求。实验中，测得的多个监测点的实时波形图如图5所示，可以实现多裁断机工作状况的远程监测，可以设置远程监控系统的不同周期通，兼顾3G通讯流量费用和系统运营成本，系统具有CRC检验功能，可保证通讯数据的准确性。

4 结论

软硬件调试及性能测试表明了本系统运行稳定，可靠性好、稳定性高扩展性好，可实现裁断机的全自动化及管控信息化、网络化。此系统很好地解决了裁断机分散度高、信息化管理水平偏低、设备维护成本高、专业人员需求量大、自动化控制不完善等现状问题。系统在保证各项性能稳定的前提下，使裁断机工况信息的及时得以掌控与把握，提高企业设备管理水平。

【参考文献】

[1]王法龙，郑明辉.应用于裁断机中无刷直流电机调速系统的智能算法研究[J]. 电子设计工程，2015（2）：91-93.

[2]陈志红.PLC 变频器技术在裁断机升级改造中的应用[D].大连理工大学， 2014.

[3]郭然.液压摇臂裁断机的技术改造及应用[J].机械研究与应用，2013，26（6）： 156-158.

[4]雷志鹏，宋建成，李艳伟，等.基于 LabVIEW 的工作面输送设备远程监测与诊断系统设计[J].工矿自动化，2012（10）：1-6.

[5]许重建.机械设备远程监测与故障诊断系统的设计[J].科学之友：下，2012（9）： 10-11.

[6]王岳梁，唐小林，罗列万.设备远程控制和故障自诊断系统在茶叶生产中的应用[J].中国茶叶加工，2015（5）：41-44.

[责任编辑：杨玉洁]