專利名稱：一種設備無線監控系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及無線通訊技術領域，特別涉及一種設備無線監控系統。
背景技術：
目前，工廠中設備在運行或非運行狀態下出現報警和故障時，都需要工作人員對設備進行故障診斷和處理。如果設備處于自動運行并且無人操作的情況下，操作人員進工廠需要花費一定的時間，容易錯失處理問題的有效時機，設備有可能被嚴重損壞，這樣就增加了設備的維護和維修成本，給工廠帶來直接的經濟損失。而很多現有的技術是通過有線視頻的監控方法來監控，監控的區域是受限制的并且存在盲區，另外這種方式沒有和設備本身直接相連接，無法得知設備的運行狀態，對于隱形的故障無法察覺。且需要復雜的布線，給工廠中現有設備的正常運行帶來一定困難，監控的效果差。
發明內容(一)要解決的技術問題本實用新型要解決的技術問題是:如何提供一種設備監控系統，對設備的運行狀態進行實時監控，并及時解決出現的運行故障。(二)技術方案為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種設備無線監控系統，其特征是，該裝置包括:安裝在被測設備上的ZigBee節點，與被測設備的PLC連接，用于采集被測設備的狀態信息；與所述ZigBee節點連接的ZigBee基站，用于對接收的所述狀態信息進行存儲和分類；與所述ZigBee基站連接的監控系統，用于對分類后的所述狀態信息進行分析并發出報警信號，發送控制指令使ZigBee終端節點對被測設備進行控制。所述ZigBee節點包括ZigBee終端節點或ZigBee路由節點。所述ZigBee路由節點接收所述ZigBee終端節點發送的所述狀態信息，并將所述狀態信息發送給所述ZigBee基站。所述ZigBee路由節點包括:第一 ZigBee路由節點收發模塊，用于接收ZigBee終端節點采集的設備狀態信息或向ZigBee終端節點發送控制指令；與所述第一 ZigBee路由節點收發模塊連接的路由處理器模塊，用于對和ZigBee路由節點連接的被測設備的狀態信息或ZigBee終端節點采集的設備狀態信息進行分類統計；與所述路由處理器模塊連接的第二 ZigBee路由節點收發模塊,用于向ZigBee基站發送分類統計后的信息或接收ZigBee發送的控制指令；[0016]能量供應模塊，為第一 ZigBee路由節點收發模塊、路由處理器模塊和第二 ZigBee路由節點收發模塊供電。所述路由處理器模塊包括:任務管理單元，用于管理ZigBee路由節點的數據接收、數據采集和任務分配；與所述任務管理單元連接的同步定位單元，根據ZigBee終端節點的地址信息對ZigBee路由節點接收的數據進行定位；與所述任務管理模塊、任務優先級處理單元連接的數據處理模塊，用于通過和ZigBee路由節點連接的設備的PLC采集的設備的狀態信息并向設備的PLC發送控制指令；與所述同步定位單元連接的任務優先級處理單元,對ZigBee路由節點接收或采集的數據信息進行優先級分類；與所述任務優先級處理單元連接的路由算法單元，對優先級分類后的數據處理得到相應級別的報警信息。所述ZigBee終端節點包括:前處理單元，用于通過被測設備的PLC采集被測設備的狀態信息，并對被測設備的狀態信息進行預處理；與所述前處理單元連接的核心處理單元，用于對預處理后的設備的狀態信息進行分類整理及緩存處理，對設備的狀態信息的優先級進行排序；與所述核心處理單元連接的無線收發單元，用于發送優先級排序后的設備狀態信息或接收控制指令；與所述無線收發單元連接的指令執行單元，用于接收所述無線收發單元的控制指令并發送給所述設備的PLC ；供電模塊，用于為所述前處理單元、核心處理單元、指令執行單元和無線收發單元提供電能。所述ZigBee基站包括:基站主板，用于處理接收的設備狀態信息；與所述基站主板連接的射頻單元，用于接收設備狀態信息或發送控制指令；與所述基站主板連接的音頻報警單元，用于發出報警信號；與所述基站主板連接的顯示單元，用于顯示處理中的信息；與所述基站主板連接的電源管理單元，用于為基站主板提供電能。所述基站主板包括:無線控制單元，用于控制數據收發和無線自動組網；與所述無線控制單元連接的數據處理單元，用于對設備的狀態信息進行解析、運算或緩存；與所述數據處理單元連接的數據緩存單元，用于將設備的狀態信息動態地調入緩存器中；與所述無線控制單元、數據處理單元和數據緩存單元連接的ARM事件管理和應用程序控制單元，用于對事件進行調度和任務分配管理。所述監控系統包括服務器、移動計算機、局域網或智能手機。(三)有益效果[0042]本實用新型為每一臺現場設備配備ZigBee終端節點，對某些相對獨立的區域配置ZigBee路由節點，實現了對所有現場設備的實時監測。將現場設備的狀態信息發送給ZigBee基站進行匯總分類，并發送給監控系統對設備狀態進行控制。本實用新型采用無線信號傳輸，避免了線纜的繁瑣布線，特別適用于位置分散或不容易布線的設備，本實用新型裝置成本低，無需布線，采用了 ZigBee協議進行信號傳輸，信號傳輸穩定性高，不對現場設備構成干擾，實現了對現場設備的實時監控。監控系統對ZigBee基站發來的信息進行分析，對設備出現的故障進行分類并發出對應的報警信號，避免故障的發生；對于一些緊急故障則直接通過ZigBee基站、ZigBee路由節點或ZigBee終端節點發送控制指令控制設備的PLC及時解除故障或隔離故障設備，有效地降低了故障的發生，減少了經濟損失。
圖1是設備監控系統的ZigBee節點樹形圖；圖2是ZigBee終端節點設計；圖3是ZigBee路由節點設計；圖4是ZigBee基站控制系統設計；圖5是FAB廠無線ZigBee監控網絡系統組圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。本實用新型利用ZigBee技術來實現，ZigBee技術具有近距離、低功耗、難度低、成本低、雙向無線通訊等優點，主要應用在自動控制和中遠程智能控制等領域，可以嵌入到各種設備中，而且ZigBee技術還具有與GPRS等無線通訊技術和串行通訊技術無縫結合的特點。本系統采用2.4GHz波段，為全球統一無需申請的ISM頻段，有助于本系統的構建和生產成本的降低。本發明裝置包括:一、ZigBee終端節點，安裝在被測設備上，和被測設備的PLC連接，用于采集被測設備的狀態信息。實現了對所有現場設備的實時監測。根據現場設備不同的電氣特性，設計ZigBee節點(ZigBee終端節點或ZigBee路由節點)的數據采集方案，針對設備布局，將ZigBee節點組成樹形網絡結構如圖1所示，將每個設備作為一個ZigBee節點位置，每個ZigBee節點設計成以CC2530RF芯片為核心的ZigBee節點，通過片上串行通訊接口與該設備的PLC相連接，由PLC將異常報警信號和故障信息通過串行RS485的MODBUS通訊協議傳遞給ZigBee終端節點。ZigBee終端節點通過ZigBee協議將采集到的數據無線傳輸給ZigBee路由節點，當ZigBee路由節點由于故障而無法接收ZigBee終端節點的設備狀態信息時，ZigBee終端節點將設備狀態信息直接傳遞給ZigBee基站。ZigBee終端節點包括:(一)前處理單元，用于通過被測設備的PLC采集被測設備的狀態信息，并對被測設備的狀態信息進行預處理；[0055](二)核心處理單元，和所述前處理單元連接，用于對預處理后的設備的狀態信息進行分類整理及緩存處理，對設備的狀態信息的優先級進行排序；(三)無線收發單元，和所述核心處理單元連接，用于發送優先級排序后的設備狀態信息或接收控制指令；(四)指令執行單元，和所述無線收發單元連接，用于接收所述無線收發單元的控制指令并發送給所述設備的PLC ；(五)供電模塊，用于為所述前處理單元、核心處理單元、指令執行單元和無線收發單元提供電能。二、ZigBee路由節點，安裝在被測設備上，和被測設備的PLC連接，用于將采集的設備狀態信息或接收的ZigBee終端節點發送的設備狀態信息發送給ZigBee基站。ZigBee路由節點和ZigBee終端節點的配置相同。需要說明的是:一個設備上要么配置一個ZigBee終端節點，要么配置一個ZigBee路由節點，不能ZigBee終端節點和ZigBee路由節點同時配置在一個設備上。ZigBee路由節點通過ZigBee協議將ZigBee終端節點采集的設備狀態信息和自己采集的設備狀態信息無線傳輸給ZigBee網絡的基站。ZigBee路由節點包括:(一)第一ZigBee路由節點收發模塊，用于接收ZigBee終端節點采集的設備狀態信息或向ZigBee終端節點發送控制指令；(二)路由處理器模塊，和所述第一 ZigBee路由節點收發模塊連接，用于對和ZigBee路由節點連接的被測設備的狀態信息或ZigBee終端節點采集的設備狀態信息進行分類統計，包括:1.任務管理單元，用于管理ZigBee路由節點的數據接收、數據采集和任務分配；2.同步定位單元，和所述任務管理單元連接，根據ZigBee終端節點的地址信息對ZigBee路由節點接收的數據進行定位；3.數據處理模塊，和所述任務管理模塊、任務優先級處理單元連接，用于通過和ZigBee路由節點連接的設備的PLC采集的設備的狀態信息并向設備的PLC發送控制指令；4.任務優先級處理單元,和所述同步定位單元連接,對ZigBee路由節點接收或采集的數據信息進行優先級分類；5.路由算法單元，和所述任務優先級處理單元連接，對優先級分類后的數據處理得到相應級別的報警信息。(三)第二ZigBee路由節點收發模塊，和所述路由處理器模塊連接，用于向ZigBee基站發送分類統計后的信息或接收ZigBee發送的控制指令；(四)能量供應模塊，為第一ZigBee路由節點收發模塊、路由處理器模塊和第二ZigBee路由節點收發模塊供電。三、ZigBee基站，和所述ZigBee終端節點連接，用于對接收到的設備的狀態信息進行存儲和分類，通過RS232轉RS485接口、GPRS或Ethernet監控系統連接。ZigBee基站通過RS232轉RS485接口或Ethernet與FAB廠外的監控室中的PC服務器相連接，或者通過GPRS技術、WEB技術與遠程的無線監控設備相連接，將采集的數據信息傳輸給監控系統。ZigBee基站包括:(一)基站主板，用于處理接收的設備狀態信息；1.無線控制單元，用于控制數據收發和無線自動組網；[0072]2.數據處理單元，和所述無線控制單元連接，用于對設備的狀態信息進行解析、運算或緩存；3.數據緩存單元，和所述數據處理單元連接，用于將設備的狀態信息動態地調入緩存器中；4.ARM事件管理和應用程序控制單元，和所述無線控制單元、數據處理單元和數據緩存單元連接，用于對事件進行調度和任務分配管理。(二)射頻單元，和所述基站主板連接，用于接收設備狀態信息或發送控制指令；(三)音頻報警單元，和所述基站主板連接，用于通過控制指令發出報警信號；(四)顯示單元，和所述基站主板連接，用于顯示處理中的信息；(五)電源管理單元，和所述基站主板連接，用于為基站主板提供電能。四、監控系統，和所述ZigBee基站連接，監控系統可以是服務器、移動計算機、局域網或智能手機。用于對所述分類后的信息進行分析并發出報警信號，發送控制指令使ZigBee終端節點對被測設備進行控制。監控系統向ZigBee基站發出控制指令,通過ZigBee基站的報警燈和音頻設備通知給現場的監控人員。監控系統將所有的信息存入數據庫，并通過ZigBee基站、ZigBee路由節點或ZigBee終端節點，將控制指令發送給設備的PLC來控制設備，實時地對報警和故障進行檢測和控制，故障嚴重時可以直接控制PLC的DO輸出DC24V觸發繼電器或接觸器，切斷整個設備的交直流供電系統。可以全天候的中遠程監控現場設備的運行狀態，并進行相應的有效處理。通過上述系統，本實用新型的實施步驟為:S1:為設備配置ZigBee終端節點或ZigBee路由節點；S2:將ZigBee終端節點采集的設備狀態信息發送給ZigBee路由節點或ZigBee基站；所述ZigBee路由節點將采集的設備狀態信息或者從其它ZigBee終端節點接收的設備狀態信息發送給ZigBee基站；S3:所述ZigBee基站將收集到的設備狀態信息進行存儲和分類，并將存儲和分類后的設備狀態信息發送給所述監控系統；S4:根據所述監控系統對接收的設備狀態信息進行處理，根據處理的結果發出報警信息，并發送相應指令控制現場設備的運行狀態。本實用新型的ZigBee節點(ZigBee終端節點和ZigBee路由節點)是此無線監控系統解決方案的核心單元，其選取TI的基于IEEE802.15.4技術的射頻芯片CC2530為核心處理器，CC2530具有低功耗，高靈敏度，多選擇性的優點，它可以用非常低的總的材料成本建立強大的ZigBee網絡節點。本實用新型將CC2530芯片與MAX232芯片聯合進行電平轉換，通過RS232與RS485的接口轉換實現與PLC控制系統通訊。ZigBee終端節點設計如圖2所示，ZigBee終端節點安裝在設備上，和設備的PLC連接，通過RS232串行總線采集數據；ZigBee路由節點也是安裝在設備上，除了實現終端節點的功能外，還通過無線通訊采集其它ZigBee終端節點傳輸的數據信息，ZigBee路由節點是一個微型化的嵌入式系統，其設計如圖3所示；而ZigBee基站是將所有ZigBee終端節點和ZigBee路由節點的信息集中處理的中樞控制系統，ZigBee基站集成了 JTAG調試功能、DSP快速數據處理模塊、ARM事件管理模塊、高速存儲模塊和電源管理模塊等主要器件，將接收到的數據通過RS485或Ethernet傳輸到廠端監控系統或者通過GPRS技術和WEB技術傳輸給遠程的移動監控設備來處理采集到的數據，監控系統或移動監控設備根據不同的數據信息下發相應的控制指令。基站的設計如圖4所示:由上述ZigBee終端節點、ZigBee路由節點、ZigBee基站和監控系統，以及外圍智能擴展設備，附加相應的軟件控制，所組成的半導體廠設備的無線監控系統的組圖如圖5所示。ZigBee基站和ZigBee節點軟件設計平臺常用的是IAR Embedded Workbench,它是一套可以對匯編、C或C++編寫的嵌入式程序進行編譯和調試的開發工具。上位機采用ASP.NET技術和SQL數據庫設計，本實用新型為每一臺現場設備配備ZigBee終端節點，對某些相對獨立的區域配置ZigBee路由節點，實現了對所有現場設備的實時監測。將現場設備的狀態信息發送給ZigBee基站進行匯總分類，并發送給監控系統對設備狀態進行控制。本實用新型采用無線信號傳輸，避免了線纜的繁瑣布線，特別適用于由于距離或不容易布線的設備，本實用新型裝置成本低，無需布線，采用了 ZigBee協議進行信號傳輸，信號傳輸穩定性高，不對現場設備構成干擾，實現了對現場設備的實時監控。監控系統對ZigBee基站發來的信息進行分析，對設備出現的故障進行分類并發出對應的報警信號，避免故障的發生；對于一些緊急故障則直接通過ZigBee基站、ZigBee路由節點或ZigBee終端節點發送控制指令控制設備的PLC及時解除故障或隔離故障設備，有效地降低了故障發生和故障損失。以上實施方式僅用于說明本實用新型，而并非對本實用新型的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本實用新型的范疇，本實用新型的專利保護范圍應由權利要求限定。
權利要求1.一種設備無線監控系統，其特征是，該系統包括: 安裝在被測設備上的ZigBee節點，與被測設備的PLC連接，用于采集被測設備的狀態信息； 與所述ZigBee節點連接的ZigBee基站，用于對接收的所述狀態信息進行存儲和分類； 與所述ZigBee基站連接的監控系統，用于對分類后的所述狀態信息進行分析并發出報警信號，發送控制指令使ZigBee終端節點對被測設備進行控制。
2.如權利要求1所述的系統，其特征是，所述ZigBee節點包括ZigBee終端節點或ZigBee路由節點。
3.如權利要求2所述的系統，其特征是，所述ZigBee路由節點接收所述ZigBee終端節點發送的所述狀態信息，并將所述狀態信息發送給所述ZigBee基站。
4.如權利要求2所述的系統，其特征是，所述ZigBee路由節點包括: 第一 ZigBee路由節點收發模塊，用于接收ZigBee終端節點采集的設備狀態信息或向ZigBee終端節點發送控制指令； 與所述第一 ZigBee路由節點收發模塊連接的路由處理器模塊，用于對和ZigBee路由節點連接的被測設備的狀態信息或ZigBee終端節點采集的設備狀態信息進行分類統計；與所述路由處理器模塊連接的第二 ZigBee路由節點收發模塊,用于向ZigBee基站發送分類統計后的信息或接收ZigBee發送的控制指令； 能量供應模塊，為第一 ZigBee路由節點收發模塊、路由處理器模塊和第二 ZigBee路由節點收發模塊供電。
5.如權利要求4所述的系統，其特征是，所述路由處理器模塊包括: 任務管理單元，用于管理ZigBee路由節點的數據接收、數據采集和任務分配； 與所述任務管理單元連接的同步定位單元，根據ZigBee終端節點的地址信息對ZigBee路由節點接收的數據進行定位； 與所述任務管理模塊、任務優先級處理單元連接的數據處理模塊，用于通過和ZigBee路由節點連接的設備的PLC采集的設備的狀態信息并向設備的PLC發送控制指令； 與所述同步定位單元連接的任務優先級處理單元，對ZigBee路由節點接收或采集的數據信息進行優先級分類； 與所述任務優先級處理單元連接的路由算法單元，對優先級分類后的數據處理得到相應級別的報警信息。
6.如權利要求1所述的系統，其特征是，所述ZigBee終端節點包括: 前處理單元，用于通過被測設備的PLC采集被測設備的狀態信息，并對被測設備的狀態信息進行預處理； 與所述前處理單元連接的核心處理單元，用于對預處理后的設備的狀態信息進行分類整理及緩存處理，對設備的狀態信息的優先級進行排序； 與所述核心處理單元連接的無線收發單元，用于發送優先級排序后的設備狀態信息或接收控制指令； 與所述無線收發單元連接的指令執行單元， 用于接收所述無線收發單元的控制指令并發送給所述設備的PLC ；供電模塊，用于為所述前處理單元、核心處理單元、指令執行單元和無線收發單元提供電能。
7.如權利要求1所述的系統，其特征是，所述ZigBee基站包括: 基站主板，用于處理接收的設備狀態信息； 與所述基站主板連接的射頻單元，用于接收設備狀態信息或發送控制指令； 與所述基站主板連接的音頻報警單元，用于發出報警信號； 與所述基站主板連接的顯示單元，用于顯示處理中的信息； 與所述基站主板連接的電源管理單元，用于為基站主板提供電能。
8.如權利要求7所述的系統，其特征是，所述基站主板包括: 無線控制單元，用于控制數據收發和無線自動組網； 與所述無線控制單元連接的數據處理單元，用于對設備的狀態信息進行解析、運算或緩存； 與所述數據處理單元連接的數據緩存單元，用于將設備的狀態信息動態地調入緩存器中； 與所述無線控制單元、數據處理單元和數據緩存單元連接的ARM事件管理和應用程序控制單元，用于對事件進行調度和任務分配管理。
9.如權利要求1所述的系統，其特征是，所述監控系統包括服務器、移動計算機、局域網或智能手機。
專利摘要本實用新型公開了無線通訊技術領域中的一種設備報警無線監控系統。本實用新型包括安裝在被測設備上的ZigBee終端節點和ZigBee路由節點、ZigBee終端節點和ZigBee路由節點通過ZigBee通信協議與ZigBee基站連接；ZigBee基站和監控系統連接。本實用新型裝置成本低，無需布線，信號傳輸穩定性高，實現了對現場設備狀態的實時監控。
文檔編號G08C17/02GK203012463SQ20122065294
公開日2013年6月19日 申請日期2012年11月30日 優先權日2012年11月30日
發明者王超, 馬嘉 申請人:北京七星華創電子股份有限公司