专利名称：基于arm的风力发电机齿轮箱润滑油在线监测控制平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及风カ发电机齿轮箱油监控平台(Wind Turbine GeneratorSpeed-Incr—easing Gearbox Oil Monitoring System),特别涉及一种基于 ARM 和 Linux的集成数据采集、触摸屏、SQLite数据库、RS232/RS485通讯、无线通讯、以太网通讯、A/D等功能的新型风カ齿轮箱油液质量监控平台。
背景技术：
长期以来，风机的维护采用以预防性计划检修为主的检修体制，他包括了设备的大修、小修及定期维护。其有明显弊端，主要表现在检修頻繁、过维修、欠维修及盲目维修等，浪费了大量的人力、物力、财力。视情维护以设备状态为基础，根据对潜伏性故障的离线測量和在线监测结果，结合巡检数据、历史数据和人工智能技术等，对设备进行状态评估，并以此来指导安排设备检修周期和项目的维修问题。·嵌入式系统(Embedded System)是以应用为中心,计算机技术为基础,软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物。高实时性和高可靠性的特性决定其有广泛的应用领域。人机界面HMI (Human Machine Interface又称用户界面)，是系统和用户之间进行交互和信息交換的媒介，可连接变频器、直流调速器、仪表、伺服阀等エ业控制设备，利用显示屏显示，通过输入単元(如触摸屏、键盘、鼠标等)写入工作參数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备。数据处理是对数据的采集、存储、检索、加工、变换和传输。数据是对事实、概念或指令的一种表达形式，可由人工或自动化装置进行处理。数据处理的基本目的是从大量的、可能是杂乱无章的、难以理解的数据中抽取并推导出对于某些特定的人们来说是有价值、有意义的数据。数据处理主要有四种分类方式①根据处理设备的结构方式区分，有联机处理方式和脱机处理方式。②根据数据处理时间的分配方式区分，有批处理方式、分时处理方式和实时处理方式。③根据数据处理空间的分布方式区分，有集中式处理方式和分布处理方式。④根据计算机中央处理器的工作方式区分，有单道作业处理方式、多道作业处理方式和交互式处理方式
发明内容
一种风カ齿轮箱油质量监控平台，其包括硬件和软件，所述硬件包括处理器単元、显示触摸屏单元、输入单元、输出单元、存储单元、通讯单元、电源单元等，所述软件包括Linux操作系统、数据处理算法、Qt界面、SQLite数据库、通讯等。为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案，一种基于ARM和Linux的集成数据采集、触摸屏、SQLite数据库、RS232/RS485通讯、无线通讯、以太网通讯、A/D等功能的新型风カ齿轮箱油质量监控平台，硬件包括处理器単元、显示触摸屏单元、输入单元、输出単元、存储单元、通讯单元、电源单元，软件包括Linux操作系统、数据处理算法、Qt界面、SQLite数据库、通讯等。
处理器単元，由ARM板运行Linux操作系统，一方面由D/A或光耦电路执行用户编辑的程序，进行控制，另ー方面通过显示単元、输入单元与用户做人机交互；同时能够将现场的数据与服务器进行远程通讯，由专家系统完成更为复杂的计算和趋势分析并将控制信号发送回处理器，出具维护报告；通过输入単元得到输入量，经处理后通过输出单元输出来控制与之相连的各类设备。为进ー步实现上述技术目的，所述处理器单元采用处理器单元采用三星公司的S3C6410处理器为核心；开发核心板，开发以太网接ロ、SD卡接ロ、液晶屏接ロ等外设接ロ，软件以Iinux作为操作系统，Qt作为界面，Sqlite作为数据库，Qt界面相对独立；所述存储单元采用256MB闪存FLASH。为进ー步实现上述技术目的，所述输入単元为两部分，包括10路光耦输入转换电路及4路AD输入电路，所述输出単元为两部分，包括20路光耦继电器输出转换电路；外部·输入的开关量经过光电隔离后连接到ARM的输入口，通过CPU处理后由继电器或晶体管电路输出。在本发明中，触摸屏和液晶显示器IXD构成HMI接ロ，向用户提供对设备的监控操作。RS232/485主要用于连接各种エ业设备，S3C6410处理器的USB Host可以连接键盘、鼠标、U盘等其他USB设备。USB client主要用于Linux系统与上位机之间的数据传输，即数据和程序的上传下载。RJ45接ロ可以连接以太网。SD卡扩展接ロ用于外接SD以传输数据库数据。无线网络接ロ主要用于不方便布线的情况，用于传输数据等。本发明的有益效果是，相比于离线式油液监测，本发明的功能和效率有极大的优势。系统以裁剪的Linux2. 6作为操作系统，稳定性高。工作于主频533MHz/667MHz的S3C6410处理芯片，其实时性能满足エ业环境绝大多数的逻辑及计算任务要求。Qt作为界面，Qt的天然的组态编程方式使得界面开发极为容易，以面向嵌入式SQLite为数据库，カロ上拥有丰富的外设USB Host、USB clientUOOM以太网、SD卡接ロ等，使得本监控平台有良好的可扩展性，并提供在系统编辑程序功能。此外本方案的输入输出接ロ硬件设计加入大量的保护电路，使其抗干扰能力进ー步加強。新増加的油液质量监控完成一次在线监测一般只需要几分钟到几十分钟的时间，结果自动进入数据库。无需人工取样，直接对回油管或齿轮箱中的油液进行分析，避免了取样不具代表性和二次污染等问题。同时解决了难取样系统的困扰，以及取样的人工成本。
图I是本发明的结构模块图。图2是本发明优选实施例的结构模块图。图3是本发明优选实施例的软件结构图。图4是本发明优选实施例的工作流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案作进ー步详细说明。
对照附图I及附图2，本发明为基于ARM和Linux的集成数据采集、触摸屏、SQLite数据库、RS232/RS485通信、无线通讯、以太网通讯、A/D等功能的新型风カ齿轮箱油质量监控平台，硬件包括处理器単元、显示触摸屏单元、输入单元、输出单元、存储单元、通讯单元、电源单元，软件包括Linux操作系统、数据处理算法、Qt界面、SQLite数据库、通讯等。。对照附图3，软件结构主要包括系统程序和应用程序。前者完成系统的任务调度、存储分配、时钟管理、中断管理、为用户提供驱动、网络、数据库、界面交互等扩展功能，后者为为用户实现底层硬件设备的驱动功能。本发明选用Linux2. 6. 36. 2作为操作系统，整个映像文件仅有4. 0MB。应用程序中包含有各种处理模块，数字量I/O ロ的操作模块辅助以外部中间继电器用来控制强制润滑油液循环系统中电磁阀的通断，从而实现整个润滑系统的循环，PID控制算法模块用来对整个温度进行有效的测算，为油保持在理想的温度范围下做支撑，D/A处理模用于控制油液循环的速度；A/D模块用来将传感器传来的数据进行数字化，以方便处理器对数据处理，同时与SQ Lite中的数据进行对比，得出油液的各种參数；參数处理模块，用于保存、修改油液各种理化性能等參数信息。
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对照附图4，这是ー个监测和诊断的工作流程图，首先用户设定所使用油液的ー些基本參数，当齿轮箱工作后，由数据采集子系统将数据采集回CPU，基于ー些算法得出齿轮箱的实时数据，将这些数据与SQLite中的数据进行匹配，由匹配的结果来确定最終的维护报告，情况正常出具正常报告，不正常时，将该信息自动化添加到油液状态库子系统，同时向上ー级远程专家系统提出请求，由专家系统出具维护报告。由于Qt天然的跨平台、简洁的开发方式以及原生支持扩展组态，本控制平台系统移植Qtopia2. 2. 0作为界面，一定程度上可以替代组态软件的作用。界面主要包括语句表的编辑模块、參数设置、系统监控等模块。本发明所提供的一种基于ARM和Linux的风カ发电机齿轮箱润滑油在线监测控制平台的设计方案，与其他现有技术相互比较时，更具备下列优点
1.本发明采用的嵌入式技术，从硬件与软件的角度实现了齿轮箱油液系统的控制。控制系统CPU处理速度快，控制系统是抢占式的实时系统，实时性较强，完全符合齿轮箱的控制需求，同时采用了新型的油液品质传感器及颗粒度探头，数据可靠。本方案替代了传统的人工取样，避免了取样不具代表性和二次污染等问题。
2.本发明为实现视情维护提供了依据，并为别的监控方式预留了接ロ，通过硬件架构及软件设计，在低硬件成本的效益概念下，提升整体系统的性能以上对本发明的描述为本发明的一个实施例，是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都应视为落入本发明的保护范围之内受到制約。
权利要求
1.一种风力齿轮箱油质量监控平台，其包括硬件和软件，所述硬件包括显示触摸屏单元、处理器单元、输入单元、输出单元、存储单元、通讯单元、电源单元等，所述软件包括Linux操作系统、数据处理算法、Qt界面、SQLite数据库、通讯等。
2.根据权利要求I所述的监控平台，其特征在于，所述显示触摸屏单元，以Qt作为界面，与输入单元共同构成人机界面HMI，向用户提供对设备的监控操作，用户在此选择所用油品的具体型号和参数。
3.根据权利要求I所述的监控平台，其特征在于，所述处理器单元采用S3C6410处理器为核心；开发核心板，开发以太网接口、SD卡接口、液晶屏接口等外设接口，SD卡用于存储现场运行数据，通过以太网将数据传输到远距离的上位机中；软件以Iinux作为操作系统，Qt作为界面，Sqlite作为数据库，Qt界面相对独立用于选择润滑油型号，Sqlite作为数据库存储一些基本的参数要求与经过处理器处理的现场数据进行初次对比；所述存储单元采用 256MB 闪存 FLASH。
4.根据权利要求I所述的监控平台，其特征在于，所述输入单元为两部分，包括10路光耦输入转换电路及4路AD输入电路，所述输出单元为两部分，包括20路光耦继电器输出转换电路；外部输入的开关量经过光电隔离后连接到ARM的输入口，通过CPU处理后由继电器或晶体管电路输出。
5.根据权利要求I所述的监控平台，其特征在于，所述数据采集单元为油液品质、温度、压力、液位等传感器采集油液的各项数据，并通过转换电路将数据发送给CPU单元。
6.根据权利要求I所述的监控平台，其特征在于，所述数据处理应用程序，根据采集单元的数据与SQLite中的数据进行比较，一切正常出具报告，否则发送给专家系统，得出诊断报告，同时出具视情维护报告。
全文摘要
本发明涉及风力发电机齿轮箱油监控平台(Wind Turbine Generator Speed-Incr-easing Gearbox Oil Monitoring System)，特别涉及一种基于ARM和Linux的集成数据采集、触摸屏、SQLite数据库、RS232/RS485通讯、无线通讯、以太网通讯、A/D等功能的新型风力齿轮箱油液质量监控平台。硬件包括处理器单元、显示触摸屏单元、输入单元、输出单元、存储单元、通讯单元、电源单元，软件包括Linux操作系统、数据处理算法、Qt界面、SQLite数据库、通讯等。通讯单元包括RJ45网口、RS232/485、无线网络，具有良好的可扩展性。对油液品质的监控，从根源上切断设备异常磨损的诱因。克服了风机齿轮箱离线式油液监测的几个重要缺陷。基于本硬件平台的齿轮箱油监控平台开发语言丰富，能给用户提供广阔的应用空间。
文档编号G05B19/042GK102789182SQ20121029762
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月21日 优先权日2012年8月21日
发明者卓璐, 周益, 雷晓光, 高志朋 申请人:卓璐, 周益, 雷晓光, 高志朋