基于STM32的電機振動監測系統設計

俞雙懋 黃文超

(山東中煙工業有限責任公司青島卷煙廠 山東 青島 266101)

一、總體方案設計

本文以STM32為主控制器，SE930振動傳感器傳感器輸出4-20mA電流信號，通過AD模數轉換，將轉換后的振動信號傳輸給STM32，通過CAN總線將振動信號傳輸給上位機。STM32內部自帶CAN控制器bxCAN，加上外圍的TJA1040收發器，再通過一個USBCAN智能CAN接口卡，就能方便實現STM32與上位機PC的通信。用于振動信號數據的實時顯示，并對歷史數據進行存儲及查詢，總體設計框圖如圖1所示。

圖1 總體設計框圖

二、硬件設計

(一)微處理選型

微控制器控制著整個系統穩定有序的工作，在整個系統中起至關重要的作用，微控制器的選擇是很關鍵的一步，需要從微控制器的性能、技術指標、功耗、軟件支持等方面，同時結合本文所需的接口和要實現的功能等因素，來綜合選擇微控制器的型號[3]。

本系統系統選用STM32F103RBT6微控制器，同傳統的8位和16位單片機相比，SMT32單片機具有更多的片上外設和更先進的內核架構，操作系統可以進行多任務執行；同高端的CPU相比其成本低，實時性強[3]。

(二)傳感器選型

SE930防爆一體化壓電式振動傳感器主要由壓電敏感元件、放大、積分電路、電壓電流轉換等電路組成，動態特性優良、頻響寬、壽命長、外觀小巧。可選測量機殼振動加速度、速度或者位移值。SE930防爆一體化壓電式振動變送器可廣泛用于風機、汽輪機組、磨煤機、制氧機、發電機、離心機、壓縮機、水泵、電機等旋轉機械的軸承振動測量與實時監控。一款兩線制振動傳感器，輸出4—20mA的電流信號，可直接供給采集器或者監控設備。

(三)通訊模塊設計

為了實現對系統的遠程控制，實時監控電解吸垢系統的工作狀態，同時還要滿足多系統模塊化工作的需求，本文選用了CAN總線通信方式。通過CAN總線方式，實現上位機同時控制多組吸垢系統，同時能夠完成電解吸垢系統的啟停信號、故障報警信號、電流、電壓等數據的傳輸。STM32內部自帶CAN控制器bxCAN，加上外圍的TJA1040收發器，再通過一個USBCAN智能CAN接口卡，就能方便實現STM32與上位機PC的通信[4]，如圖2所示。STM32的bxCAN控制器支持2.0A和2.0B協議，最高數據速率可達1Mbps，支持11位的標準幀格式和29位的拓展幀格式的接收與發送，具備3個發送郵箱和2個接收FIFO，還有3級可編程濾波器[4]。

圖2 CAN通信電路設計

三、軟件設計

采用VC++6.0編寫上位機軟件，用于電機振動狀態實時監測。首先配置CAN通信參數，設置人員登錄信息，通過SQL server數據庫保存歷史數據，通過波形分析、頻譜分析、包絡分析、自相關分析、短時FFT分析和全矢譜分析實現電機振動狀態監測，引入電機運行狀態歷史數據分析趨勢圖，如圖3所示。

圖3 電機振動監測系統上位機

四、結語

為保障制絲工藝質量的穩定性和連續性，保障制絲設備穩定運行，需要實時監控設備的運行狀態。本文采用STM32和SE930振動傳感器技術，實現電機狀態的實時監測，包括振動信號的感知模塊、振動信號采集模塊、遠程上位機監控和診斷模塊。該系統可以通過振動信號來監控電機的運行狀態，通過特定算法預測故障，保障制絲設備穩定運行，具有較高的實用性。