基于WSN工业设备状况监测平台的研究

论文摘要

随着现代工业的发展和科学技术的进步,工业设备向着大型化、连续化、高速化、自动化的方向发展,对设备的安全运行要求也越来越高,设备状态监测技术也越来越引起重视,在保证设备、人员安全,减少不必要损失等方面起到重要作用。通过使用无线传感器网络对工业设备的状态监测,不仅充分发挥了无线传感器网络在工业领域的独特优势,而且在后台监测界面上可以实时反映工业设备的运行状态变化及变化趋势,从而大大降低或消除意料不到的设备故障。因此,本文提出基于WSN(无线传感器网络)工业设备状况监测平台的研究具有重要意义。本文针对中加项目压水堆核电站开展了设备状况监测平台的研究与开发。通过对整个系统进行了详细的的需求分析后,构建了核电站设备状态监测无线网络平台及后台监测平台,完成了系统软硬件设计。无线传感器网络节点硬件设计和实现。主要包括芯片的选择及其外围电路设计、接口电路设计、传感器选型和电路实现以及电源模块的设计等,同时,也给出了无线传感器网络节点的工作原理和通信协议。后台监测平台是在LabVIEW环境下开发的虚拟仪表监测系统,此系统功能主要包括:数据采集、实时与历史数据显示、数据存储、数据报表生成、监测报警、界面登录、人机界面设计等。本套监测系统结构简单,携带方便,功能较多,而且很容易定制,系统界面友好,开发周期短,充分体现了LabVIEW的优越性。针对本套监测系统,本文给出了电动机状态监测实例,分别使用时域分析法和频域分析法处理采集的电动机温度信号和振动信号,以对本套监测系统的适用性与可行性进行验证。首先使用时域分析法对本套监测系统满足时域监测标准的程度进行可行性分析;然后使用频域分析法对本套系统满足振动信号监测标准的程度进行可行性验证;最后得出设备运行状态的好坏,从而有效地保证了设备状态监测的实时性和准确性。本监测系统具有结构简单,使用方便,人机界面友善等特点,在工业、医疗、石化等设备监测系统方面有广泛的通用性,并具有广阔的应用前景。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 工业设备监测领域现状
• 1.2.2 工业无线技术研究现状
• 1.2.3 WSN 在工业设备监测领域研究现状
• 1.2.4 设备状态监测技术研究现状
• 1.3 本论文研究的主要内容
• 1.4 论文组织结构
• 1.5 本章小结
• 2 系统需求分析
• 2.1 核电站生产过程与生产流程
• 2.1.1 压水堆核电站的生产过程
• 2.1.2 压水堆核电站的生产流程
• 2.2 压水堆核电站设备监测需求分析
• 2.2.1 监测对象的选择
• 2.2.2 设备监测标准的确定
• 2.2.3 监测点的选择
• 2.2.4 测量周期的选择
• 2.2.5 温度监测
• 2.2.6 振动监测
• 2.3 监测界面分析
• 2.3.1 界面结构需求分析
• 2.3.2 界面功能需求分析
• 2.4 本章小结
• 3 系统硬件设计
• 3.1 无线传感器网络整体构架
• 3.2 无线传感器节点硬件设计
• 3.3 数据采集模块
• 3.3.1 传感器的选型
• 3.3.2 传感器模块原理图
• 3.4 数据处理模块
• 3.4.1 ATmega128 特性参数
• 3.4.2 ATmega128 电路设计
• 3.5 无线通信模块
• 3.5.1 CC2420 主要特点
• 3.5.2 CC2420 电路设计
• 3.5.3 CC2420 内部寄存器工作原理
• 3.5.4 无线传感器节点工作流程
• 3.6 CC2420 与微处理器的硬件接口
• 3.7 电源模块
• 3.8 系统通信协议
• 3.9 本章小结
• 4 系统软件设计
• 4.1 软件设计概述
• 4.1.1 LabVIEW 简介
• 4.1.2 LabVIEW 的特点
• 4.1.3 软件编程思想
• 4.1.4 监测系统软件设计
• 4.2 数据采集模块设计
• 4.3 系统主界面设计
• 4.4 登录界面设计
• 4.5 实时与历史显示模块设计
• 4.5.1 实时数据存储
• 4.5.2 实时与历史数据显示
• 4.6 参数配置模块设计
• 4.7 监测报警模块设计
• 4.8 报表生成模块设计
• 4.9 本章小结
• 5 监测界面实现与测试结果
• 5.1 监测界面实现
• 5.2 监测界面评估
• 5.3 测试结果
• 5.3.1 温度测试结果
• 5.3.2 振动测试结果
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读学位期间发表的论文目录