一種遠程裁斷機健康監測系統

李培江+尤婷+李根

【摘 要】柔性材料裁斷機械是輕工業的一種重要設備，如何及時掌握裁斷機械運行狀態則是保證現代化連續大生產的重要保證，本文提出了一種遠程監控系統，利用物聯網技術，建立現場信號的無線傳感器網絡，各傳感器節點采集設備運行參數，并以無線的方式將數據發送至匯集節點，匯集節點接入Internet，并將各數據發送至遠程，實現裁斷機的全自動化及管控信息化。

【關鍵詞】裁斷機；健康監測；信號采集；遠程監控

柔性材料裁斷機械是制鞋業、箱包業、服裝業生產的一種重要設備，大量機械設備的投入是相關企業提高生產效率、降低生產成本的重要手段。由于這些機械是現代化連續大生產過程中的關鍵部分，一旦發生故障造成停機，不僅使其本身遭受重大損失，而且有可能造成連續生產中斷，甚至停工停產，有的還可能帶來災難性后果[1-2]。

因此，如何及時掌握設備運行狀態則是保證現代化連續大生產的重要保證，網絡技術和現代通訊技術的不斷發展成熟，為裁斷機遠程診斷技術提供了技術基礎，可以使專家們能通過網絡及時了解裁斷機械的運行狀態[3]。一旦出現故障，現場的故障數據或故障分析圖譜可以很快的傳給專家，專家分析完畢后再返回診斷結果，指導現場人員處理現場情況。

遠程裁斷機狀態監測技術使人們擺脫距離的束縛，可以在異地及時地查看設備的運行狀態，改進了企業的設備管理模式[4-5]，設備運行中形成了大量詳實數據和各類圖譜為企業的故障診斷技術支持打下堅實的基礎。

本項目開發了一種皮革裁斷設備的遠程健康監測系統，通過物聯網技術的智能感知，可以獲取裁斷設備的健康狀況，而且為以后的故障診斷提供樣本，大大加快了故障的處理效率。

1 總體技術方案與軟件結構

裁斷機在正常工作時，需要對壓力、溫度、噪聲以及振動等各種參數進行監測，以判斷其工況，因此要開發底層數據采集接口硬件，實現數據采集，為了加強對產品的集中監測及售后維護，各狀態參數需實時上報至遠程監測中心進行分析，需要開發基于Internet網絡的遠程監測軟件平臺，通過Internet實現對國內外各地裁斷設備的運行狀態進行監控。為了保證遠程監控終端能夠訪問服務器，遠程中心服務器需配置一個固定的IP地址，接入Internet，鑒于上述分析，系統平臺的總體結構如圖1所示：

上述網絡結構主要分為三部分：

（1）現場信號采集及通信（簡稱為采集通信端），主要利用物聯網技術，建立現場信號的無線傳感器網絡，各傳感器節點采集設備運行參數，并以無線的方式將數據發送至匯集節點，匯集節點接入Internet，并將各數據發送至遠程；

（2）本地在線監測與診斷站（簡稱本地機），主要為本地機提供設備的運行狀態監測及分析診斷功能，并將運行數據保存在本地；

（3）遠程監測及故障診斷中心（簡稱遠程中心），基于Internet的互聯網應用，是本地機監控系統在空間上的延伸和拓展，為遠程客戶提供基于IE瀏覽器的快捷訪問，完成對遠程軟性材料裁斷機設備的遠程在線監測及故障診斷，其軟件結構如圖2所示。

2 現場信號采集硬件設計方案

現場信號的采集是通過傳感器網絡節點來實現的，節點是采用TI公司的CC2430芯片為核心，結構如圖3所示，溫度、位置和力等模擬信號送入到CC2430中轉換成數字量，再將這些信息通過天線發送至匯集節點，這些信息也可以在現場的LCD上顯示出來。

網關結構如圖4所示，匯集節點將數據傳送至嵌入式計算機中，嵌入式計算機一方面對3G模塊進行設定與管理，使傳感層接入Internet并實時監測掉線，保證實時在線，以防傳送中斷，另一方面先對匯集節點傳送的數據做FIFO處理，保證數據不會丟失。

3 系統測試與應用

該系統進行了多次測試并實際投入使用。大量的運營數據分析表明，該系統滿足實時性、準確性和經濟性的要求。實驗中，測得的多個監測點的實時波形圖如圖5所示，可以實現多裁斷機工作狀況的遠程監測，可以設置遠程監控系統的不同周期通，兼顧3G通訊流量費用和系統運營成本，系統具有CRC檢驗功能，可保證通訊數據的準確性。

4 結論

軟硬件調試及性能測試表明了本系統運行穩定，可靠性好、穩定性高擴展性好，可實現裁斷機的全自動化及管控信息化、網絡化。此系統很好地解決了裁斷機分散度高、信息化管理水平偏低、設備維護成本高、專業人員需求量大、自動化控制不完善等現狀問題。系統在保證各項性能穩定的前提下，使裁斷機工況信息的及時得以掌控與把握，提高企業設備管理水平。

【參考文獻】

[1]王法龍，鄭明輝.應用于裁斷機中無刷直流電機調速系統的智能算法研究[J]. 電子設計工程，2015（2）：91-93.

[2]陳志紅.PLC 變頻器技術在裁斷機升級改造中的應用[D].大連理工大學， 2014.

[3]郭然.液壓搖臂裁斷機的技術改造及應用[J].機械研究與應用，2013，26（6）： 156-158.

[4]雷志鵬，宋建成，李艷偉，等.基于 LabVIEW 的工作面輸送設備遠程監測與診斷系統設計[J].工礦自動化，2012（10）：1-6.

[5]許重建.機械設備遠程監測與故障診斷系統的設計[J].科學之友：下，2012（9）： 10-11.

[6]王岳梁，唐小林，羅列萬.設備遠程控制和故障自診斷系統在茶葉生產中的應用[J].中國茶葉加工，2015（5）：41-44.

[責任編輯：楊玉潔]