基于STM32的電機振動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

俞雙懋 黃文超

(山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青島卷煙廠 山東 青島 266101)

一、總體方案設(shè)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(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)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(nèi)部自帶CAN控制器bxCAN，加上外圍的TJA1040收發(fā)器，再通過一個USBCAN智能CAN接口卡，就能方便實現(xiàn)STM32與上位機PC的通信。用于振動信號數(shù)據(jù)的實時顯示，并對歷史數(shù)據(jù)進行存儲及查詢，總體設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1 總體設(shè)計框圖

二、硬件設(shè)計

(一)微處理選型

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

本系統(tǒng)系統(tǒng)選用STM32F103RBT6微控制器，同傳統(tǒng)的8位和16位單片機相比，SMT32單片機具有更多的片上外設(shè)和更先進的內(nèi)核架構(gòu)，操作系統(tǒng)可以進行多任務(wù)執(zhí)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(zhuǎn)換等電路組成，動態(tài)特性優(yōu)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(fēng)機、汽輪機組、磨煤機、制氧機、發(fā)電機、離心機、壓縮機、水泵、電機等旋轉(zhuǎn)機械的軸承振動測量與實時監(jiān)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(jiān)控設(shè)備。

(三)通訊模塊設(shè)計

為了實現(xiàn)對系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，實時監(jiān)控電解吸垢系統(tǒng)的工作狀態(tài)，同時還要滿足多系統(tǒng)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(xiàn)上位機同時控制多組吸垢系統(tǒng)，同時能夠完成電解吸垢系統(tǒng)的啟停信號、故障報警信號、電流、電壓等數(shù)據(jù)的傳輸。STM32內(nèi)部自帶CAN控制器bxCAN，加上外圍的TJA1040收發(fā)器，再通過一個USBCAN智能CAN接口卡，就能方便實現(xiàn)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(xié)議，最高數(shù)據(jù)速率可達1Mbps，支持11位的標(biāo)準(zhǔn)幀格式和29位的拓展幀格式的接收與發(fā)送，具備3個發(fā)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(shè)計

三、軟件設(shè)計

采用VC++6.0編寫上位機軟件，用于電機振動狀態(tài)實時監(jiān)測。首先配置CAN通信參數(shù)，設(shè)置人員登錄信息，通過SQL server數(shù)據(jù)庫保存歷史數(shù)據(jù)，通過波形分析、頻譜分析、包絡(luò)分析、自相關(guān)分析、短時FFT分析和全矢譜分析實現(xiàn)電機振動狀態(tài)監(jiān)測，引入電機運行狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)分析趨勢圖，如圖3所示。

圖3 電機振動監(jiān)測系統(tǒng)上位機

四、結(jié)語

為保障制絲工藝質(zhì)量的穩(wěn)定性和連續(xù)性，保障制絲設(shè)備穩(wěn)定運行，需要實時監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)。本文采用STM32和SE930振動傳感器技術(shù)，實現(xiàn)電機狀態(tài)的實時監(jiān)測，包括振動信號的感知模塊、振動信號采集模塊、遠(yuǎn)程上位機監(jiān)控和診斷模塊。該系統(tǒng)可以通過振動信號來監(jiān)控電機的運行狀態(tài)，通過特定算法預(yù)測故障，保障制絲設(shè)備穩(wěn)定運行，具有較高的實用性。