《矿用通风机运行状态在线监测系统和监测方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《矿用通风机运行状态在线监测系统和监测方法.pdf（9页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102411363 A(43)申请公布日 2012.04.11CN102411363A*CN102411363A*(21)申请号 201110442068.1(22)申请日 2011.12.26G05B 19/418(2006.01)(71)申请人北京工业大学地址 100124 北京市朝阳区平乐园100号(72)发明人付胜 王旭峰(74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司 11203代理人张慧(54) 发明名称矿用通风机运行状态在线监测系统和监测方法(57) 摘要一种矿用通风机运行状态在线监测系统和检测方法，基于大型矿用通风机运行状态在线监测硬件系统；包括采。
2、用矿用通风机运行状态参量采集、参量触摸屏实时监测、定时保存矿用通风机运行状态信息；通风机运行状态参量采集，采集通风机轴瓦温度、驱动电机轴瓦温度、驱动电机定子温度、通风机负压值、通风机外壳振动值、驱动电机控制电流电压值；其中，温度、负压和振动量的采集单元由传感器和智能仪表组成；而驱动电机控制电流电压量直接从电机控制柜上的智能仪表读取；采用嵌入式现场模块；从整体上实现对通风机各运行状态量的采集，定时对通风机运行状态及异常状态报警进行记录，自动备份到系统中。提高了监测可靠性和稳定性，缩小了系统体积，降低了系统成本。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求。
3、书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页CN 102411373 A 1/1页21.一种矿用通风机运行状态在线监测系统，数据采集模块通过通讯总线连接嵌入式硬件系统；其特征在于：数据模块内包括多个传感器和与该传感器连接的智能仪表；所述的数据采集模块通过嵌入式总线模块与嵌入式硬件系统连接；所述的嵌入式总线模块负责前端数据采集；所述的嵌入式硬件系统包括，负责数据后期处理和外围接口控制的ARM模块，与ARM模块连接的用于对通风机运行状态进行保存的SD卡，用于人机交互的鼠标键盘，用于通风机状态量实时显示的触摸屏，用于通信的网口和扩展串口，用于通风机异常状态量阈值报警的音频模块。2.根据权利要求1所述的矿。
4、用通风机运行状态在线监测系统，其特征在于：所述的通信总线为RS-485集中管理的扩展端口。3.根据权利要求1所述的矿用通风机运行状态在线监测系统，其特征在于：所述的扩展串口为RS232。4.一种矿用通风机运行状态在线监测的方法，基于矿用通风机运行状态在线监测硬件系统；其特征在于：包括采用矿用通风机运行状态参量采集步骤、参量触摸屏实时监测步骤、定时保存矿用通风机运行状态信息步骤；所述的通风机运行状态参量采集步骤，采集参量为通风机轴瓦温度、驱动电机轴瓦温度、驱动电机定子温度、通风机负压值、通风机外壳振动值、驱动电机控制电流电压值；其中，温度、负压和振动量的采集单元由传感器和智能仪表组成；而驱动电机。
5、控制电流电压量直接从电机控制柜上的智能仪表读取；除运用嵌入式智能设备如智能仪表外，还采用了嵌入式现场模块；嵌入式现场模块接入系统前设置唯一地址、相同的通信速率，直接挂接在通信总线上；通信总线通过串口通信转换器与ARM嵌入式平台的扩展串口接口相连，从整体上实现对通风机各运行状态量的采集，定时对通风机运行状态及异常状态报警进行记录，并生成.txt文件，自动备份到系统SD卡中。权 利 要 求 书CN 102411363 ACN 102411373 A 1/4页3矿用通风机运行状态在线监测系统和监测方法技术领域0001 本发明涉及一种大型通风机状态监测的新方法，它特别适用于对大型通风机运行状态的监测，。
6、属于工业监控技术领域。背景技术0002 现有的通风机监测方法大多比较传统，多采用智能仪表读数的监测方式。这种监测方式最大的缺陷是没有设置报警环节，只能靠人为定时读取通风机轴瓦的温度值，这种监测方法实时性差，不能即时判断通风机的运行状态。另一种方法是以PLC控制器为核心部件的控制柜作为数据采集环节，通过以太网与上位机进行通讯，上位机采用普通工控机实现通风机运行状态参量的实时显示，并对各个参量设置合适的阈值以实现异常值声光报警功能，但整个系统体积较大、安装复杂，而且系统稳定性受到了极大的影响，很大程度上降低了监测可靠度。这两种方法都不能很好的提高通风机监测的安全性。发明内容0003 本发明的目的在。
7、于提供一种矿用通风机运行状态在线监测系统和检测方法，在保证对通风机运行状态参量实时监测的同时，提高监测系统的稳定性和可靠性。0004 本发明是采用以下技术手段实现的：0005 一种矿用通风机运行状态在线监测系统，数据采集模块通过通讯总线连接嵌入式硬件系统；数据模块内包括多个传感器和与该传感器连接的智能仪表；数据采集模块通过嵌入式总线模块与嵌入式硬件系统连接；所述的嵌入式总线模块负责前端数据采集；嵌入式硬件系统包括，负责数据后期处理和外围接口控制的ARM模块，与ARM模块连接的用于对通风机运行状态进行保存的SD卡，用于人机交互的鼠标键盘，用于通风机状态量实时显示的触摸屏，用于通信的网口和扩展串口。
8、，用于通风机异常状态量阈值报警的音频模块。0006 前述的通信总线为RS-485集中管理的扩展端口。0007 前述的扩展串口为RS232。0008 一种矿用通风机运行状态在线监测的方法，基于矿用通风机运行状态在线监测硬件系统；包括采用矿用通风机运行状态参量采集步骤、参量触摸屏实时监测步骤、定时保存矿用通风机运行状态信息步骤；通风机运行状态参量采集步骤，采集参量为通风机轴瓦温度、驱动电机轴瓦温度、驱动电机定子温度、通风机负压值、通风机外壳振动值、驱动电机控制电流电压值；其中，温度、负压和振动量的采集单元由传感器和智能仪表组成；而驱动电机控制电流电压量直接从电机控制柜上的智能仪表读取；0009 除。
9、运用嵌入式智能设备如智能仪表外，还采用了嵌入式现场模块；嵌入式现场模块接入系统前设置唯一地址、相同的通信速率，直接挂接在通信总线上；通信总线通过串口通信转换器与ARM嵌入式平台的扩展串口接口相连，从整体上实现对通风机各运行状态量的采集，定时对通风机运行状态及异常状态报警进行记录，并生成.txt文件，自动备份到系统SD卡中。说 明 书CN 102411363 ACN 102411373 A 2/4页40010 本发明一种基于嵌入式技术的通风机监测系统和监测方法，与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果。0011 本发明为一种基于嵌入式技术的通风机监测系统和检测方法，实现对通风机运行状态监测量。
10、的实时显示，与此同时，操作人员还能在触摸屏上进行监测数据存储、报警系统参数设置等相关操作。模块内置的“白适应” ASIC芯片，能自动调节整个网络的数据格式和通信速率，使不同速率、数据格式的设备工作在同一总线网络中。RS-485通信总线通过RS485-RS232串口通信转换器与ARM嵌入式平台的扩展串口RS232接口相连，这样系统从整体上实现了对通风机各运行状态量的采集。通风机各个状态量都有异常状态报警限值，上位机监测系统软件对各监测量的预警值进行合理设置，当通风机的运行状态出现异常时，系统将发出声光报警，并报告异常部位，有助于操作员做出及时合理操作，在最大程度上保证通风机设备的安全。本系统每天。
11、可对通风机运行状况以及通风机异常报警状态进行记录，并可将记录文档以.txt格式存储到系统所带的SD卡中，以便日后查看。附图说明0012 图1为本发明嵌入式通风机监测系统采用嵌入式结构模型示意图；0013 图2为数据采集与嵌入式硬件系统模块之间连接示意图；0014 图3为在线通风机监测系统的内部程序构建方法示意图。具体实施方式0015 下面将结合附图对本发明进行详细描述：0016 嵌入式系统的开发采用“宿主机/目标机”交叉开发方式。首先，利用宿主机上丰富的资源以及良好的开发环境来开发和仿真调试目标机上的软件。然后生成编译好的目标文件，再通过JTAG口、UTAR接口或者以太网接口将交叉编译生成的目。
12、标代码传输并下载到目标机上，并用交叉调试器在实时内核/操作系统或监控程序的支持下进行实时分析和调试。最后在目标环境下运行。0017 请参阅图1所示，为本发明嵌入式通风机监测系统采用嵌入式结构模型示意图。本发明嵌入式通风机监测系统采用嵌入式五层结构模型进行设计，分别为：硬件层、引导层、内核层、UI层、应用层。0018 请参阅图2所示，为各模块之间的相互关系示意图。本方法中，硬件系统主要分为ARM模块、嵌入式总线模块以及各种外围接口。其中嵌入式总线模块负责前端数据采集；ARM负责数据后期处理和外围接口控制。外围接口包括SD卡，主要用于对通风机运行状态进行保存；用于人机交互的鼠标键盘；用于通风机状态。
13、量实时显示的触摸屏，用于通信的网口和串口，串口与嵌入式现场模块连接用于对通风机状态参量的数据传输；用于通风机异常状态量阈值报警的音频模块等。0019 请参阅如图3所示，为在线通风机监测系统的内部程序构建方法结构示意图。在本方法中，通风机在线监测系统的软件系统设计主要包括Bootloader的移植、操作系统的裁剪和移植、驱动程序的编写、文件系统的制作以及图形界面的设计和移植。为了满足通风机运行状态参量实时显示的需求，在设计的过程中，必须将每个环节中对数据显示的处理时间降到最低，用最快的速度将采集过来的数据显示出来。这就需要对底层的硬件驱动程说 明 书CN 102411363 ACN 102411。
14、373 A 3/4页5序和上层的应用程序有一个全面的把握，从全局出发来设计系统的各个模块，使系统的整体性能达到最优。0020 以下将分层次介绍通风机运行状态在线监测系统的实现流程。首先为引导层Bootloader的移植，本发明采用U-Boot-1.1.1版本作为系统的引导层。鉴于本发明中的嵌入式ARM平台为S3C2440，因此只要进行配置选择正确的移植版本即可，这里使用smdk2440_config配置。方法是执行make smdk2440_config命令。与本系统移植相关的几个文件主要如下：include/configs/smdk2440.h，该文件为与本电路板相关的头文件；board/s。
15、mdk2440/smdk2440.c，该文件为目标机的初始化文件，其中主要定义如下函数：int board_init(void)为板级初始化函数，int dram_init(void)为SDRAM初始化函数；board/smdk2440/Flash.c，该文件为目标机上Flash驱动程序；cpu/arm920t/serial.c，该文件为串口驱动程序；drivers/dm9000.c，以太网卡(DM9000)驱动程序。U-Boot的编译过程，#make smdk2440 config、#make，编译成功后，在U-Boot-1.1.1目录下生成u-boot.bin文件，这个文件就是u-boot。
16、映像文件，将该文件复制到本地电脑的/tftpboot目录下，通过网口就能将其烧写到板载Flash中(第一次烧写需要使用烧写板或者仿真器)。0021 在内核层的设计中，需要进行嵌入式Linux移植，采用linux2.6.28内核版本。移植内核的时候有两个地方需要注意，一是文件系统，二是控制台。内核配置菜单选项中File system对应的就是文件系统。文件系统所涉及的内容较多，一般在默认配置的基础上进行修改。因为在调试阶段需要使用网络文件系统(NFS)，所以这里必须加上对网络文件系统的支持。内核配置菜单选项中Console drivers对应的就是控制台驱动。控制台驱动主要和显示有关，因为通风机。
17、运行状态参量和相关动态图像需要用到FrameBuffer，所以这里选择对FrameBuffer的支持。在完成Linux内核配置以后，内核仍然以源代码形式存在，不能直接下载到嵌入式系统运行，因此需要对内核进行编译，生成最终可以在嵌入式系统上运行的可执行代码。内核编译按照三个步骤进行：1、执行#make clean命令，删除过时的文件，make clean会删除掉原来的编译结果以及一些旧的数据文件；2、执行#make dep命令进行依赖性编译，依赖性编译的目的描述如下：例如，如果使用了程序A，而A需要用到程序B(比如B是A的一个子程序)，B需要用到C，如果进行内核配置时，添加或删除了某个功能，这个。
18、功能刚好会对程序C产生影响，显然就需要重新编译程序C、B和A，如果程序数量非常多，是很难手工完成的，而采用依赖性编译则可以自动完成该项工作；3、执行#make zImage命令，生成可执行内核映像文件，这一步是实际的编译过程，最终会生成可运行在嵌入式系统上的内核映像文件。执行完该步之后，会在/arch/arm/boot下生成一个内核映像文件zImage。在linux系统下，使用busybox1.8工具可构建根文件系统，在构建过程中需要加入glibc库，glibc库相当于linux底层API，以便应用程序调用。文件系统构建完成后，可用mkyaffs2image工具来制作yaffs2映象文件，制作。
19、好的yaffs2文件系统映象文件可利用minicom超级终端通过USB下载到NAND Flash分区中。0022 本通风机监测系统基于Qt图形界面库开发，Qt为C+图形用户界面应用程序框架，本方法中使用Qt4.7.2版本，Qt4.7.2编译全过程如下，库qt-everywhere-opensource-src-4.7.2.tar.gz为通用库包，可针对不同的环境进行编译。进入qt目录进行编译，因为需要开发arm平台程序，同时为了开发方便，需要qvfb工具，因此需要编译三个平台的库文件：arm平台库用于编译arm目标机上运行的程序；x11平台(PC上运行程序的库)主要说 明 书CN 102411。
20、363 ACN 102411373 A 4/4页6用于获得qvfb工具；x86平台库主要用于编译在qvfb上运行的程序。在编译arm平台库时，需要交叉编译工具(arm-linux-gcc)，这里选择了arm-linux-gcc-4.3.2.tar.gz，只有经过交叉编译的程序才能在arm目标机上正常运行。另外，鉴于本系统中的电流、电压等监测量，需对其进行图表曲线显示，因此可使用qt的扩展库qwt实现。完成对不同平台库的编译后，还需要针对不同库设置相应的环境变量。pc机通过串口与目标机通信并操作目标机，这里使用minicom串口通信工具，安装并使用minicom2.5版本，命令minicom是进。
21、入串口超级终端画面，而minicom-s为配置minicom，设置内容包括串口驱动、速率、硬件控制流设置，通过NFS(网络文件系统)挂载，使用nfs可以将pc机中的通风机监测系统工程文件目录挂载到arm目标机上使用，这样在程序调试时，省去了应用程序向目标机的下载过程，大大缩短了系统开发时间。程序调试成功后，即可将通风机运行状态在线监测系统拷贝到嵌入式文件系统中，实现整个系统的稳定运行。说 明 书CN 102411363 ACN 102411373 A 1/3页7图1说 明 书 附 图CN 102411363 ACN 102411373 A 2/3页8图2说 明 书 附 图CN 102411363 ACN 102411373 A 3/3页9图3说 明 书 附 图CN 102411363 A。