作為企業(yè)生產重要工具的機電設備正向大型化,、自動化、機電一體化等方面發(fā)展,，其性能與復雜程度不斷提高,，各部件之間的相互關聯、耦合度也越來越密切,。如果設備出現的微小故障不能及時被檢測,、排除,，將有可能造成設備失效,，乃至整個生產線癱瘓，甚至導致重大的災難性后果[1-2],。因此,，各生產企業(yè)迫切需要一套監(jiān)測、診斷裝置,，對大型機電設備的運行參數進行監(jiān)測,、診斷，及早發(fā)現設備異常征兆與劣化信息,并找出故障的確切原因,及時提示工作人員采取正確的操作處理,，從而有效避免故障發(fā)生,，減少故障停機時間和停機損失[1-3]。

     目前大型機電設備的運行參數監(jiān)測儀通常采用動態(tài)監(jiān)測技術,，即偵測其機械振動,、溫度、壓力等運行參數,。由于機電設備運行時存在諧波共振,、自激振動、混沌振動與分叉現象,，采用振動監(jiān)測難以對異常征兆作出精確判斷[4],。而金屬溫度變化具有滯后性，采用溫度監(jiān)測也難以實時監(jiān)測[2],。機電設備的壓力具有非線性,、時變性與非平穩(wěn)性的特點，采用壓力監(jiān)測也同樣難以實現故障的精確判定[4],。為此,，本文提出采用監(jiān)測電氣參數技術,，即采用專業(yè)的三相電能計量芯片，對大型機電設備的電氣參數實施在線監(jiān)測,。將所監(jiān)測的電氣參數進行處理,、分析，再與標準值比較,。最終根據其結果及變化趨勢,，及時得出異常征兆信息[4]，并實施相應的控制與預警操作,，避免故障與事故發(fā)生,。
1 系統(tǒng)結構設計及工作原理
    物聯大型機電設備電氣參數實時監(jiān)測與故障動態(tài)診斷裝置由多個電氣參數監(jiān)控儀與故障動態(tài)診斷中心構成。為了確保監(jiān)控儀與故障動態(tài)診斷中心間的通信質量以及便于工程施工,，采用WIFI無線通信方式,，如圖1所示。電氣參數監(jiān)控儀的功能是實時監(jiān)測,、顯示機電設備的電氣參數,，并進行故障動態(tài)診斷，實行相關控制與預警操作,。同時,，將電氣參數無線傳送到遠端服務器，由故障動態(tài)診斷中心讀取數據,。此外,，可接收遠端服務器發(fā)來的控制指令，進行相關處理,。電氣參數監(jiān)控儀由電氣參數采集,、嵌入式微處理器、實時時鐘,、LCD顯示,、WIFI無線通信與控制等模塊構成，如圖2所示,。

    故障動態(tài)診斷中心的功能為讀取服務器上各個電氣參數監(jiān)控儀的電氣參數,，并進行處理、存儲以及故障動態(tài)診斷,、預警,。同時，可對相關電氣參數監(jiān)控儀進行遠程控制,。因此,，故障動態(tài)診斷中心為基于服務器的電氣參數管理軟件，由VC,、數據庫實現,。
2 主要電路設計
2.1 電氣參數監(jiān)測電路設計
     電氣參數監(jiān)測是電氣參數監(jiān)控儀的重要組成部分,，采用高精度三相電能計量芯片ATT7022D。該芯片由7路二階sigma-delta ADC模擬信號采樣,、DSP,、脈沖生成、SPI通信接口,、時鐘控制電路單元等單元構成[5],。
     ATT7022D監(jiān)測機電設備的電氣參數，包括A,、B,、C各分相與合相的電流、電壓,、功率,、電能以及功率因數、線頻等參數,。微處理器通過SPI接口讀取該芯片的寄存器進行運算處理,，便可獲得實際電氣參數值。其電路設計如圖3所示,，圖中只給出了A相接法,，而B、C相接法與A相完全相同,。

2.2 WIFI通信電路設計
     WIFI無線通信采用WIFI-03A模塊，其內置無線網絡IEEE802.11協(xié)議棧,、TCP/IP協(xié)議棧與WEB服務器,，通過UART接口實現用戶數據到無線網絡之間的交換[6]。
    WIFI-03A支持透明數據傳輸模式,支持AT指令集,，支持DHCP協(xié)議動態(tài)IP地址分配和DNS域名解析功能,。微處理器通過串口對該模塊操作，其電路設計如圖4左上方所示,。

2.3 微處理器電路設計
　 微處理器采用低功耗16 bit嵌入式RISC結構的MSP430F2616芯片,，集成了硬件乘法器、6路12 bit ADC轉換器,、2路12 bit DAC轉換器,、16 bit 定時/計數器和4路通用串接口,存儲容量為92 KB 的Flash ROM與4 KB的RAM[7]，其電路設計如圖4右方所示,。
2.4 實時時鐘電路設計
　 為了確保電氣參數采集的實時性,，采用SD2058作為系統(tǒng)的實時時鐘。該芯片具有標準I2C串口與后備電池切換功能,，微處理器通過該接口讀取時鐘寄存器(包括年,、月,、日、星期,、時,、分、秒等信息)[8],，其電路設計如圖4左下方所示,。
3 軟件程序設計
3.1電氣參數采集子程序
    微處理器從ATT7022D的電氣參數寄存器中讀取24 bit電氣參數，經相關運算處理后,，得到實際的監(jiān)測值,。然后再與標準計量儀器的計量值進行比對、修正,，最后得出實際的電氣參數值,。最后實測值與設備規(guī)定的標準值進行比較以實現故障動態(tài)診斷。讀取A相有功功率的例程如下：
    w_7022spi(0x01);         
    i=shu1*123456+shu2*128+shu3;
    i/=250;
    i*=242;
    u[3]=i/1000000+'0';
    u[4]=i/100000%10+'0';
    u[5]=i/10000%10+'0';
3.2 WIFI無線通信子程序
    微處理器通過UART接口發(fā)送AT指令,，以實現對WIFI模塊讀寫操作,。在操作之前必須對WIFI模塊進行相關配置，否則操作無效,。下面是微處理器發(fā)送AT指令的例程：
    int ATCmdSend(TATCP_CMD  ATCmd)
    {  unsigned char AtCmdbuf[512];
           int ret=0;
           AtCmd_Cheek();
           strcpy(AtCmdbuf, “AT+”);
           strcat(AtCmdbuf,AtCmd->Cmdbuf);
           ReciveAtCmdrep=0;
           ComSendstr(AtCmdbuf);
           ……
    }
4 系統(tǒng)測試結果
4.1 電氣參數監(jiān)測儀測試

　 為了進一步驗證整個裝置的工作情況,，以寧波海豐塑料機械有限公司的HF1200塑料注射成型機作為其測試對象。通過RIGOL公司的6位半數字萬用表DM3064與FLUKE公司的功率分析儀NORMA 5000的測試值作為計量值,，在空載與負載的情況下所監(jiān)測的電氣參數如表1所示,。

4.2 WIFI通信波特率測試
    在整個裝置正常運行的情況下，利用UART-WIFI配置管理程序軟件,測試WIFI模塊的波特率可高達57.6 Kb/s,。
    實驗表明,，物聯大型機電設備電氣參數實時檢測與故障動態(tài)診斷裝置不僅實現了大型機電設備電氣參數的實時在線監(jiān)測、顯示,、無線通信與管理,，而且還實現了故障動態(tài)診斷與預警處理，從而有效避免了故障的發(fā)生,，為“預知維修”提供了技術保障,，并提高了維修質量。此外,，本裝置可同時監(jiān)控多臺機電設備,，進步提高生產效率。具有廣闊的應用前景與市場前景,。
參考文獻
[1] 馬宏忠.電機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷[M].北京：機械出版社,2007.
[2] 徐貞禧.汽輪機設備故障診斷與預防[M].北京：中國電力出版社,2011.
[3] 金立軍,錢政,關永剛.現代電氣檢測技術[M].北京：電子工業(yè)出版社, 2007.
[4] 史鐵林,陳勇輝,李巍華,等.提高大型復雜機電系統(tǒng)故障診斷質量的幾種新方法[J].機械工程學報,2003,9(39):1-10.
[5] 鉅泉光電科技（上海）股份有限公司.ATT7022D用戶手冊V1.0[M].鉅泉光電科技(上海)股份有限公司,2009.
[6] 東莞文勝鼎電子科技有限公司.UART串口WIFI-03A模塊用戶手冊V1.0[M].東莞文勝鼎電子科技有限公司,2010.
[7] Texas Instruments.Datasheet of MSP430F2616[EB/OL].http://www.ti.com/lit/ds/symlink/msp430f2616.pdf.
[8] 深圳市興威帆電子技術有限公司. SD2058技術手冊V1.0[M].深圳市興威帆電子技術有限公司, 2011.