作為企業(yè)生產(chǎn)重要工具的機(jī)電設(shè)備正向大型化、自動化、機(jī)電一體化等方面發(fā)展，其性能與復(fù)雜程度不斷提高，各部件之間的相互關(guān)聯(lián)、耦合度也越來越密切。如果設(shè)備出現(xiàn)的微小故障不能及時(shí)被檢測、排除，將有可能造成設(shè)備失效，乃至整個(gè)生產(chǎn)線癱瘓，甚至導(dǎo)致重大的災(zāi)難性后果[1-2]。因此，各生產(chǎn)企業(yè)迫切需要一套監(jiān)測、診斷裝置，對大型機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測、診斷，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常征兆與劣化信息,并找出故障的確切原因,及時(shí)提示工作人員采取正確的操作處理，從而有效避免故障發(fā)生，減少故障停機(jī)時(shí)間和停機(jī)損失[1-3]。

     目前大型機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測儀通常采用動態(tài)監(jiān)測技術(shù)，即偵測其機(jī)械振動、溫度、壓力等運(yùn)行參數(shù)。由于機(jī)電設(shè)備運(yùn)行時(shí)存在諧波共振、自激振動、混沌振動與分叉現(xiàn)象，采用振動監(jiān)測難以對異常征兆作出精確判斷[4]。而金屬溫度變化具有滯后性，采用溫度監(jiān)測也難以實(shí)時(shí)監(jiān)測[2]。機(jī)電設(shè)備的壓力具有非線性、時(shí)變性與非平穩(wěn)性的特點(diǎn)，采用壓力監(jiān)測也同樣難以實(shí)現(xiàn)故障的精確判定[4]。為此，本文提出采用監(jiān)測電氣參數(shù)技術(shù)，即采用專業(yè)的三相電能計(jì)量芯片，對大型機(jī)電設(shè)備的電氣參數(shù)實(shí)施在線監(jiān)測。將所監(jiān)測的電氣參數(shù)進(jìn)行處理、分析，再與標(biāo)準(zhǔn)值比較。最終根據(jù)其結(jié)果及變化趨勢，及時(shí)得出異常征兆信息[4]，并實(shí)施相應(yīng)的控制與預(yù)警操作，避免故障與事故發(fā)生。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理
    物聯(lián)大型機(jī)電設(shè)備電氣參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測與故障動態(tài)診斷裝置由多個(gè)電氣參數(shù)監(jiān)控儀與故障動態(tài)診斷中心構(gòu)成。為了確保監(jiān)控儀與故障動態(tài)診斷中心間的通信質(zhì)量以及便于工程施工，采用WIFI無線通信方式，如圖1所示。電氣參數(shù)監(jiān)控儀的功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測、顯示機(jī)電設(shè)備的電氣參數(shù)，并進(jìn)行故障動態(tài)診斷，實(shí)行相關(guān)控制與預(yù)警操作。同時(shí)，將電氣參數(shù)無線傳送到遠(yuǎn)端服務(wù)器，由故障動態(tài)診斷中心讀取數(shù)據(jù)。此外，可接收遠(yuǎn)端服務(wù)器發(fā)來的控制指令，進(jìn)行相關(guān)處理。電氣參數(shù)監(jiān)控儀由電氣參數(shù)采集、嵌入式微處理器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、LCD顯示、WIFI無線通信與控制等模塊構(gòu)成，如圖2所示。

    故障動態(tài)診斷中心的功能為讀取服務(wù)器上各個(gè)電氣參數(shù)監(jiān)控儀的電氣參數(shù)，并進(jìn)行處理、存儲以及故障動態(tài)診斷、預(yù)警。同時(shí)，可對相關(guān)電氣參數(shù)監(jiān)控儀進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。因此，故障動態(tài)診斷中心為基于服務(wù)器的電氣參數(shù)管理軟件，由VC、數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)。
2 主要電路設(shè)計(jì)
2.1 電氣參數(shù)監(jiān)測電路設(shè)計(jì)
     電氣參數(shù)監(jiān)測是電氣參數(shù)監(jiān)控儀的重要組成部分，采用高精度三相電能計(jì)量芯片ATT7022D。該芯片由7路二階sigma-delta ADC模擬信號采樣、DSP、脈沖生成、SPI通信接口、時(shí)鐘控制電路單元等單元構(gòu)成[5]。
     ATT7022D監(jiān)測機(jī)電設(shè)備的電氣參數(shù)，包括A、B、C各分相與合相的電流、電壓、功率、電能以及功率因數(shù)、線頻等參數(shù)。微處理器通過SPI接口讀取該芯片的寄存器進(jìn)行運(yùn)算處理，便可獲得實(shí)際電氣參數(shù)值。其電路設(shè)計(jì)如圖3所示，圖中只給出了A相接法，而B、C相接法與A相完全相同。

2.2 WIFI通信電路設(shè)計(jì)
     WIFI無線通信采用WIFI-03A模塊，其內(nèi)置無線網(wǎng)絡(luò)IEEE802.11協(xié)議棧、TCP/IP協(xié)議棧與WEB服務(wù)器，通過UART接口實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)到無線網(wǎng)絡(luò)之間的交換[6]。
    WIFI-03A支持透明數(shù)據(jù)傳輸模式,支持AT指令集，支持DHCP協(xié)議動態(tài)IP地址分配和DNS域名解析功能。微處理器通過串口對該模塊操作，其電路設(shè)計(jì)如圖4左上方所示。

2.3 微處理器電路設(shè)計(jì)
　 微處理器采用低功耗16 bit嵌入式RISC結(jié)構(gòu)的MSP430F2616芯片，集成了硬件乘法器、6路12 bit ADC轉(zhuǎn)換器、2路12 bit DAC轉(zhuǎn)換器、16 bit 定時(shí)/計(jì)數(shù)器和4路通用串接口,存儲容量為92 KB 的Flash ROM與4 KB的RAM[7]，其電路設(shè)計(jì)如圖4右方所示。
2.4 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)
　 為了確保電氣參數(shù)采集的實(shí)時(shí)性，采用SD2058作為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘。該芯片具有標(biāo)準(zhǔn)I2C串口與后備電池切換功能，微處理器通過該接口讀取時(shí)鐘寄存器(包括年、月、日、星期、時(shí)、分、秒等信息)[8]，其電路設(shè)計(jì)如圖4左下方所示。
3 軟件程序設(shè)計(jì)
3.1電氣參數(shù)采集子程序
    微處理器從ATT7022D的電氣參數(shù)寄存器中讀取24 bit電氣參數(shù)，經(jīng)相關(guān)運(yùn)算處理后，得到實(shí)際的監(jiān)測值。然后再與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量儀器的計(jì)量值進(jìn)行比對、修正，最后得出實(shí)際的電氣參數(shù)值。最后實(shí)測值與設(shè)備規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較以實(shí)現(xiàn)故障動態(tài)診斷。讀取A相有功功率的例程如下：
    w_7022spi(0x01);         
    i=shu1*123456+shu2*128+shu3;
    i/=250;
    i*=242;
    u[3]=i/1000000+'0';
    u[4]=i/100000%10+'0';
    u[5]=i/10000%10+'0';
3.2 WIFI無線通信子程序
    微處理器通過UART接口發(fā)送AT指令，以實(shí)現(xiàn)對WIFI模塊讀寫操作。在操作之前必須對WIFI模塊進(jìn)行相關(guān)配置，否則操作無效。下面是微處理器發(fā)送AT指令的例程：
    int ATCmdSend(TATCP_CMD  ATCmd)
    {  unsigned char AtCmdbuf[512];
           int ret=0;
           AtCmd_Cheek();
           strcpy(AtCmdbuf, “AT+”);
           strcat(AtCmdbuf,AtCmd->Cmdbuf);
           ReciveAtCmdrep=0;
           ComSendstr(AtCmdbuf);
           ……
    }
4 系統(tǒng)測試結(jié)果
4.1 電氣參數(shù)監(jiān)測儀測試

　 為了進(jìn)一步驗(yàn)證整個(gè)裝置的工作情況，以寧波海豐塑料機(jī)械有限公司的HF1200塑料注射成型機(jī)作為其測試對象。通過RIGOL公司的6位半數(shù)字萬用表DM3064與FLUKE公司的功率分析儀NORMA 5000的測試值作為計(jì)量值，在空載與負(fù)載的情況下所監(jiān)測的電氣參數(shù)如表1所示。

4.2 WIFI通信波特率測試
    在整個(gè)裝置正常運(yùn)行的情況下，利用UART-WIFI配置管理程序軟件,測試WIFI模塊的波特率可高達(dá)57.6 Kb/s。
    實(shí)驗(yàn)表明，物聯(lián)大型機(jī)電設(shè)備電氣參數(shù)實(shí)時(shí)檢測與故障動態(tài)診斷裝置不僅實(shí)現(xiàn)了大型機(jī)電設(shè)備電氣參數(shù)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測、顯示、無線通信與管理，而且還實(shí)現(xiàn)了故障動態(tài)診斷與預(yù)警處理，從而有效避免了故障的發(fā)生，為“預(yù)知維修”提供了技術(shù)保障，并提高了維修質(zhì)量。此外，本裝置可同時(shí)監(jiān)控多臺機(jī)電設(shè)備，進(jìn)步提高生產(chǎn)效率。具有廣闊的應(yīng)用前景與市場前景。
參考文獻(xiàn)
[1] 馬宏忠.電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷[M].北京：機(jī)械出版社,2007.
[2] 徐貞禧.汽輪機(jī)設(shè)備故障診斷與預(yù)防[M].北京：中國電力出版社,2011.
[3] 金立軍,錢政,關(guān)永剛.現(xiàn)代電氣檢測技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社, 2007.
[4] 史鐵林,陳勇輝,李巍華,等.提高大型復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)故障診斷質(zhì)量的幾種新方法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2003,9(39):1-10.
[5] 鉅泉光電科技（上海）股份有限公司.ATT7022D用戶手冊V1.0[M].鉅泉光電科技(上海)股份有限公司,2009.
[6] 東莞文勝鼎電子科技有限公司.UART串口WIFI-03A模塊用戶手冊V1.0[M].東莞文勝鼎電子科技有限公司,2010.
[7] Texas Instruments.Datasheet of MSP430F2616[EB/OL].http://www.ti.com/lit/ds/symlink/msp430f2616.pdf.
[8] 深圳市興威帆電子技術(shù)有限公司. SD2058技術(shù)手冊V1.0[M].深圳市興威帆電子技術(shù)有限公司, 2011.