基于物聯網的機電設備實時監測與診斷系統

姜永建

（上海高誠智能科技有限公司，上海201101）

隨著我國社會的飛速發展，科學技術水平得到了極大提高，機電設備在不斷改變著人們的生活方式和工作方式，機電設備的應用領域已經遍布社會發展的各個行業，為人們的生活和社會的進步發揮著重要推動作用。因此，機電設備的穩定運營也與人們的生活和生產有了更加緊密聯系，一旦機電設備運行出現故障得不到及時處理，就會給人們的生活帶來極大不便，對生產造成嚴重損失。機電設備可以說已經遍布了人們生活、工作、娛樂等各個領域，對其進行技術創新研究可以更好地提升機電行業的服務質量，同時加強機電設備的監控技術研究以及故障診斷技術的提升，對于機電設備的穩定運行有著極為重要的現實作用，因此通過不斷分析研究，提高機電設備運行穩定性是現代社會的迫切需求。物聯網技術是隨著科技進步而產生的先進技術，將物聯網技術的先進作用應用于機電設備之中，可以更好地提升機電設備的運行質量，實現物聯網與機電設備實施監測與診斷系統的有效結合，對于提高機電設備監測與診斷系統的工作水平有極大促進作用，可以提升機電設備運行穩定性。

1 物聯網概念及相關技術分析

隨著現代信息科學技術的發展，網絡技術的不斷提升，物聯網技術在社會各行各業的應用范圍越來越廣。物聯網技術的發展和應用使得每個物品具有了自身獨有的編碼，實現了人和物、物與物之間的信息交換和信息共享，為人們的現代智能化生活起到了推動作用。物聯網是隨著互聯網信息技術的發展在近年來產生的新型技術，是組成信息技術的重要部分。物聯網技術按其技術特點可以分為三層：感知層、信息網絡層以及應用層。感知層是該技術的基礎，主要由無線通信技術即RFID技術、傳感器技術、二維碼等構成，主要是完成相關信息的全面感知作用。信息網絡層則是物聯網技術的應用平臺以及技術支撐，其通過以太網、無線通信網絡、移動網絡等進行相關信息數據的實時性、可靠性傳送。應用層的目的是通過應用系統等信息交互平臺，實現對設備的智能化監測及管控，以此來完成人和物、物和物相互間的智能化溝通。

物聯網所采用的關鍵性技術主要包括RFID、傳感器技術、網絡節點技術、承載網技術。RFID即射頻識別技術，是自動識別技術的一種，其讀卡器在通電之后可以將射頻信號進行調制然后轉變成無線電頻率形式的電磁場。在標簽內部設有接收該電磁場的相關電路，可以從該電磁場獲取能量進而轉變成電能，驅動標簽則會將其所含的信息通過內部設置的天線進行信息發送，閱讀器在接收到標簽卡所發出的載波信號之后，將對其進行解碼然后再將解碼后的信息發送至系統服務器，由系統服務器再進行處理。傳感器技術是使物聯網和現實世界發生接觸的直接關鍵性技術，該技術是使現實世界的相關信息轉換成電信號，再將電信號進行傳輸、記錄、處理、顯示以及控制等一系列的操作。該技術是物聯網技術中的基礎性技術，該技術自身的發展對于物聯網技術的發展起著重要的推動作用。智能化的傳感網絡節點可實現相關數據的采集、處理和傳輸，并將這些過程結合成一個微型化整體，屬于嵌入式系統，支撐著物聯網技術中的感知技術。承載網技術，是一種通信技術，在物聯網系統中起到核心承載網絡的作用。

2 基于物聯網的機電設備實時監測與診斷系統的設計要求分析

物聯網技術在機電設備實時監測與診斷系統方面的應用，可以更好地實現機電系統的優化，有效提高機電設備實時監測與故障診斷水平。因此，基于物聯網的機電設備實時監測與診斷系統的設計要求，必須要將設計與實際機電系統的應用需求進行緊密結合，以確保兩者結合的適用性。系統設計的具體要求還要結合現場數據的實際采集情況，以更好地為相關工作人員對現有數據庫中的相關設備信號進行信息讀取和分析，為設備故障的判斷和處理提供便利。在處理完故障缺陷之后還需要將數據結果在數據庫中進行保存，以此為基礎，進行及時有效地系統調整。具體設計要求有以下三方面注意事項：

2.1 開放性以及跨平臺使用

基于物聯網的機電設備實時監測與診斷系統設計需要從其開放性以及跨平臺使用方面的要求進行實施，對于各端口設計必須符合現代工業設計標準及相應的國際實施標準，其系統具有更好的兼容特性，在各零部件的選擇方面也要進行相應標準方面的選擇和使用，以確保機電設備實時監測與診斷系統所需的跨平臺使用要求。

2.2 穩定性以及創新性提升

基于物聯網的機電設備實時監測與診斷系統設計中，還需要注重系統設計層面的有關設計使其實現優化目標，以確保日后系統運行穩定。在體系構架方面采用更加先進的技術，應用成熟的科技手段，確保設計各部的連接以及兼容，同時還要使系統具備創新特性，為系統升級做好鋪墊。

2.3 牢固的安全性

基于物聯網的機電設備實時監測與診斷系統設計還應從其安全性方面進行考慮，系統應用需具備較強的安全特性，對不同層級用戶需要進行身份認證以及權限設定，通過多層加密方式進行相關數據的安全保護。同時，系統的設計還要充分考慮到用戶使用的簡捷，通過更加簡單易懂的界面設計提升操作的穩定可靠性，促進機電系統的運用穩定性方面的提高。

3 基于物聯網的機電設備實時監測與診斷系統的具體設計研究

物聯網系統中所使用到的相關技術種類較多，如按類型來進行分類，僅傳感技術就包含了條形碼技術以及各種智能傳感器的相關技術等。在遠程監控技術方面還要分為地理位置類型的信息技術、全球范圍內的定位技術等。網絡傳輸方面的技術，涉及到的有多跳網絡的相關技術、通用分組式的無線服務相關技術。數據處理方面的技術又包含了信息融合類技術、云計算等。鑒于物聯網系統所需的技術種類繁多，在進行基于物聯網的機電設備實時監測與診斷系統的具體設計方面就必須要考慮到其開放性、多平臺間的融合性、系統穩定性、創新發展性以及安全性等要求。基于物聯網的機電設備實時監測與診斷系統的具體設計方面的研究，既要考慮系統總體性能還要進行相應的環節細化，主要設計研究從以下幾方面進行：

3.1 系統設計總體思路

基于物聯網的機電設備實時監測與診斷系統設計中，應當以機電設備相關電氣參數的監測以及故障診斷為設計中心和管理核心。機電設備相關電氣參數的監測以及故障診斷是通過系統設計實現對相關電氣設備的參數實施監測以及相應控制，由相應的數據采集模塊、時鐘模塊、微處理器、無線信息傳輸模塊等共同組成。而管理核心則是通過接收相關的機電存儲設備傳送過來的監控數據，實現遠程操控，并通過信息無線傳輸模塊等進行相應數據處理。

3.2 系統環節細化設計

（1）機電設備實時監測系統結構方面的設計。在系統結構設計方面要求相關硬件具有與網絡通用的特性，即配備有關網絡接口設備，使用信息數據服務器，來進行遠程監測終端的驗證，并實現保存相關機電設備參數的功能。遠程終端的監測用戶在工作過程中，可以通過其終端相關設備的瀏覽功能進行監測中心數據網站的登陸，通過相應的身份驗證之后則可進入到相應的設備管理或者操作界面，進行相關數據的查看和下載。遠程監測相關設備績效配套設計的模塊較多，主要包括：數據服務器、通信模塊、現場監測模塊以及軟件等等，在運行系統方面也要盡量選擇匹配性較高的軟件系統，以確保現場相關監測系統的結構完整性。

（2）電氣各參數以及電氣回路設計。機電設備實時監測診斷系統的設計中最重要的是，電氣有關參數的設計以及相應信息數據采集電路設計。作為該環節的核心設計，需要選用ADE7878芯片作為電能芯片，因其具有可以適用于三相三線以及三相四線制電路，可以更加精準地進行各相以及合相的有功功率、視在功率等相應能量的測算。MCU電氣回路的設計也具有一定的重要性，該電氣回路需要具有結構兼容特性，具有較高的指令讀寫速度，以滿足高效的機電設備實時監測與診斷系統的需求。

（3）實時時鐘相關回路設計。基于物聯網的機電設備實時監測與診斷系統的設計中，實時時鐘相關回路的設計也是其重要組成部分，該部分電氣回路的設計過程中需要選用ISL1208型芯片，該類型芯片具有較低的功率消耗特點，其具有時鐘、日歷、周期特性，還具有電源失效的相關指示器，可以實現實時時鐘所必須具有的跟蹤時間記錄功能，存儲相應數據時可以在其日歷寄存器中進行相應年月日以及星期的記錄和保存。

（4）無線信息數據傳輸回路設計。基于物聯網的機電設備實時監測與診斷系統的設計中，對于無線信息數據傳輸回路的設計同樣是其重要內容之一，無線信息數據傳輸電氣回路主要通過ZigBee模塊SZ05實現。該模塊的主要應用優勢在于其是嵌入式無線信息傳輸通信模塊，集成該模塊射頻收發器與微處理器等符合ZigBee相關協議標準，同時具有較遠的通信距離、靈活的組網結構和可靠性能等各方面的優勢。無線信息數據傳輸回路可以實現信息的一點對多點或點對點間的信息傳輸，還可實現各設備間的信息數據透明傳輸目標，同時可以與實際情況相結合，實現網絡結構的星型以及樹型結構。

（5）系統軟件優化設計。基于物聯網的機電設備實時監測與診斷系統的設計中，對于系統軟件在其應用層面以及優化設計方面的設計研究具有一定的現實性意義。機電設備進行實時數據監測與診斷需要通過相應的應用界面來進行信息傳輸和表現，進而實現相應的動作控制。因此，應實現界面簡潔、清楚、明了，使操作人員可以盡快獲取相應數據表述的含義進行下一步操作或者是故障信息的判斷。機電設備相關電氣參數的監控數據采集也要實現實時監測功能，通過與標準參數的比照，對所采集數據進行相應的判斷，從而對超出標準數據范圍的情況及時實現報警功能，并記錄相應的時間和日期等信息，最后形成信息報告在應用系統界面進行信息發布，進而傳輸至管理中心，接受中心再進行相應的操控管理或者信息傳遞。

4 結束語

物聯網是基于網絡技術的發展產生的新型技術手段，其具有先進的科學技術特點，得到社會各界的不斷關注和重視，應用領域也越來越廣泛。在這樣的時代背景下，本文進行了物聯網技術與機電設備實時監測與診斷系統相結合運用方面的分析和研究。通過分析物聯網概念及相關技術分析，可以看到物聯網技術的先進性，對于該技術在機電設備實時監測與診斷系統中的應用有了初步認識和前景展望。通過對基于物聯網的機電設備實時監測與診斷系統的設計要求方面的分析，可見系統設計中需滿足開放性、跨平臺使用穩定性、創新性提升以及系統牢固的安全性。通過具體設計環節的研究，可以看到在物聯網技術的結合運用下機電設備在實時監測與診斷系統實現自身系統的優化技術以及帶來的先進成果。