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大型框架式液压机智能监控与维护系统设计

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摘要

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 制造装备监控与维护

1.2.2 液压系统故障诊断技术

1.3 课题来源与主要研究内容

1.4 论文组织结构

2 大型框架式液压机智能监控与维护系统总体设计

2.1 大型框架式液压机结构及工作分析

2.1.1 大型框架式液压机的基本组成

2.1.2 大型框架式液压机的工艺动作及关键参数

2.2 需求分析

2.2.1 功能需求

2.2.2 信息需求

2.2.3 性能需求

2.3 系统总体方案设计

2.3.1 系统总体结构

2.3.2 现场智能单元设计

2.3.3 远程维护中心软件设计

2.4 本章小结

3 大型框架式液压机智能监控与维护系统关键技术研究

3.1 大型框架式液压机状态数据压缩研究

3.1.1 大型框架式液压机数据流模型研究

3.1.2 常用的压缩算法分析

3.1.3 液压机冗余字符压缩算法研究

3.2 大型框架式液压机智能故障诊断方法研究

3.2.1 液压系统故障的特点和状态信号选取

3.2.2 基于遗传算法优化的BP神经网络液压系统故障诊断

3.3 本章小结

4 大型框架式液压机智能监控与维护系统硬件设计

4.1 硬件总体设计框架

4.2 最小系统设计

4.2.1 主控芯片选型

4.2.2 电源电路设计

4.2.3 时钟电路设计

4.2.4 复位与调试电路设计

4.3 模拟量输入模块

4.4 通信模块设计

4.4.1 RS485通信接口电路设计

4.4.2 RS232通信接口电路设计

4.4.3 GPRS DTU无线模块选型

4.4.4 USB设备接口电路设计

4.5 存储模块

4.5.1 SD卡电路设计

4.5.2 FLASH电路设计

4.6 人机交互界面模块设计

4.6.1 矩阵键盘电路设计

4.6.2 LCD接口电路设计

4.6.3 触摸屏接口电路设计

4.7 PCB电路板设计

4.8 本章小结

5 大型框架式液压机智能监控与维护系统软件设计

5.1 现场智能单元操作系统的选择与移植

5.1.1 μC/OS-Ⅱ分析与移植

5.1.2 基于μC/OS-Ⅱ的任务划分

5.2 现场智能单元模拟量输入模块程序设计

5.3 现场智能单元通信模块程序设计

5.3.1 现场智能单元与PLC通信程序设计

5.3.2 现场智能单元GPRS通信程序设计

5.4 现场智能单元人机交互模块程序设计

5.4.1 键盘模块程序设计

5.4.2 液晶屏与触摸屏程序设计

5.4.3 μC/GUI的移植

5.4.4 基于μC/GUI的用户界面设计

5.5 现场智能单元其他模块程序设计

5.5.1 SD卡存储模块程序设计

5.5.2 冗余字符压缩算法程序设计

5.6 远程维护中心模块程序设计

5.6.1 远程维护中心GPRS通信程序设计

5.6.2 远程维护中心压缩算法解压程序设计

5.6.3 基于遗传算法优化的BP神经网络故障诊断程序设计

5.6.4 远程维护中心界面设计

5.7 本章小结

6 大型框架式液压机智能监控与维护系统调试与运行

6.1 现场智能单元主要功能测试

6.1.1 现场智能单元硬件电路测试

6.1.2 现场智能单元模拟电压采集测试

6.1.3 现场智能单元与PLC通信测试

6.1.4 冗余字符压缩算法测试

6.2 远程维护中心主要功能测试

6.2.1 远程维护中心GPRS通信测试

6.2.2 基于遗传算法优化的BP神经网络故障诊断测试

6.3 大型框架式液压机智能监控与维护系统现场运行

6.3.1 系统运行前准备工作

6.3.2 系统运行

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间专利申请情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况

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摘要

液压机是制造装备中的重要一员,对其运行状态进行实时监控、及时的发现故障、实施高效的维护是保证其安全生产、降低其维护成本的有效措施。本文以YQK27-1000液压机为对象,研发设计了大型框架式液压机智能监控与维护系统。
  首先,分析了制造装备监控和维护及液压系统故障诊断的研究现状,完成了大型框架式液压机智能监控与维护系统的总体设计。其次,针对大量YQK27-1000液压机数据传输的问题,提出了冗余字符压缩算法,有效降低了数据的冗余度、节约了数据传输的费用、提高了数据传输的效率;同时针对YQK27-1000液压机故障的特点,提出了基于遗传算法优化的BP神经网络的故障诊断方法,采用YQK27-1000液压机的故障数据进行诊断验证,实验证明该算法比普通的BP神经网络具有更高的准确性。接着,以STM32处理器为核心设计了现场智能单元硬件平台,包括最小系统、模拟量采集模块、通信模块、存储模块、人机交互模块等;同时开发了系统现场智能单元和远程维护中心的软件,实现了μC/OS-Ⅱ、μC/GUI在STM32中的应用、冗余字符压缩算法、基于遗传算法优化的BP神经网络算法等功能。最后,对系统的现场智能单元和远程维护中心的主要功能进行了调试,并结合YQK27-1000液压机的实际工况展开了应用研究。
  研究的智能监控与维护系统已在YQK27-1000液压机中得到初步应用,实现了对YQK27-1000液压机的智能监控与维护的预期目标,提高了YQK27-1000液压机监控和维护的智能化与网络化水平,对液压机乃至制造装备的监控与维护系统研发及实际工程应用都具有一定的参考价值。

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