基于机智云平台的滚动轴承在线监测系统

Gemini

摘要：设计了一种基于云平台的滚动轴承在线监测系统，信号采集模块将振动传感器输出的振动信号进行变换，再通过有源滤波模块处理后交给控制器，控制器内部进行Ａ／Ｄ采样，随后处理器对Ａ／Ｄ采样后的信号进行参数的运算，最后将参数通过云平台传输协议模块，在利用WiFi转发给远程机智云平台服务器。该系统为滚动轴承的监测提供了一个平台，在这个平台上工程人员可以通过远程的云服务器和ＡＰＰ终端对滚动轴承的状态进行了解，很大程度上减少了工程人员的工作量，提高了对滚动轴承监测的效率。

引 言

滚动轴承作为机械设备中重要的旋转零件，也是机械设备的重要故障源之一。统计表明，在使用滚动轴承的旋转机械中，大约有30％的机械故障是滚动轴承引起的，而每一次故障都会带来十分巨大的财产损失甚至是人身伤亡事故，因此对滚动轴承运行状态的监控是十分重要的。工业系统中滚动轴承所在的位置环境恶劣且分布十分分散，难以进行人工的检测与维护。

机智云是一个主要为开发者提供物联网设备的自主开发工具、后台技术支持服务、远程设备管理、数据存储分析等服务的云平台。本文设计了一种将现场滚动轴承状态数据通过WiFi模组与远程云服务器进行通信并且能在ＡＰＰ终端进行实时显示的滚动轴承在线监测系统。该监测系统设计的关键问题主要有以下几点：①对振动信号的采集；②对采集来的振动信号进行分析与运算；③实现数据对云平台的远程传输与远程控制。

１ 滚动轴承在线监测系统简介

滚动轴承在线监测系统主要由振动传感器模块、信号采集模块、云平台传输协议模块、控制器与处理器模块构成。由于滚动轴承工作环境的恶劣，且发生故障的不确定性，传统的监测系统摆脱不了工程人员长时间在现场值班的情形。本文提出了一种基于机制云平台的实现远程服务器，并且通过ＡＰＰ监控的滚动轴承监测系统的设计。

该系统可通过对传感器采集的信号进行分析，运算出反应系统运行状态的参数，从而为工程人员提供可靠的参考并且实现滚动轴承运行状态的远程在线监测以及报警提醒，从而凭借较少的人力达到很好的效果。

对于滚动轴承在线监控系统，首先应该考虑的应该就是设计必须要符合现场的情况：①工业现场供电多为220AC；②现场多为大功率设备，该种设备的启停对电网的影响较大，使得供电电源的质量较差；③现场电磁干扰信号的信噪比较低，对信号采集电路要求较高。综合上述因素，提出如图１所示的滚动轴承在线监测系统总体示意图。

２ 滚动轴承在线监测系统的硬件设计

２．１ 处理器模块

主控模块以ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８作为控制核心，ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８是ＳＴ公司的微控制器，采用ＳＴＭ３２Ｆ增强型系列中的高性能ＡＲＭＣｏｒｔｅｘ－Ｍ３３２位的ＲＩＳＣ内核，工作频率为７２ＭＨｚ，工作电压３．３Ｖ，内置高速存储器、高达１２８ＫＢ闪存和２０ＫＢ的ＳＲＡＭ，以及丰富的增强Ｉ／Ｏ端口和并联到两条ＡＰＢ总线的外设，包括有两个１２位的ＡＤＣ、３个通用１６位定时器和２个ＵＡＲＴ接口。

在该系统中，该控制核心主要控制采集信号的Ａ／Ｄ转换、数据的处理、数据与云平台进行的传输等工作。ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８**电路简单，主要包括外接去耦电阻电

容、晶振、复位电路、＋３．３Ｖ供电电路等，为了软件的调试方便，将ＪＴＡＧ／ＳＷＤ接口电路也设计在其中。晶振分为两种：２５ＭＨｚ晶振为高速时钟（ＨＳＩ）工作晶振，在内部由于（ＰＬＬ）锁相环的倍频作用，使得ＣＰＵ得到的晶振可达到７５ＭＨｚ；３２．７６８ｋＨｚ的晶振为低速外部晶振（ＬＳＥ），为实时控制时钟和备份控制器提供时钟信号。ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８外部接口电路如图２所示。

２.２ 信号采集模块

由于轴承工作环境的恶劣，使得振动传感器以及其他传感器微小信号的信噪比较低，监测数据有较大的偏差，因此在信号的传输通路上设计了有源带通滤波器。选用ＭＡＸＩＭ公司的ＭＡＸ２７５芯片，该芯片可以构成两个４阶或者一个８阶连续时间的巴特沃兹有源带通滤波器，只截取需要的频率。通过公式计算得到以下参数：Ｆ０（中心频率）＝５ｋＨｚ，Ｑ（品质因数）＝１０，Ｈｏｂｐ（峰值频率增益）＝２。该芯片的原理图如图３所示。

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2017-3-14 11:29 上传

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