冲压自动化生产线智能监测系统（全套带演示）

摘要

　　冲压自动化生产线是制造装备中的重要环节，其中压力机是生产线中的主要部分，所以对其运行状态进行监测、及时的发现故障并进行维护是保证工业生产安全、降低装备维护成本的有效措施。本文以 RDU-JH21-25 型号压力机为对象，设计与实现了基于的嵌入式系统的冲压自动化生产线智能监测系统。

　　首先，针对制造业的重要性分析了制造装备的监控与维护的国内外研究现状，根据生产线上的需要设计了冲压自动化生产线智能监测系统的总体方案，继而设计了监控终端和中央监控系统。再选用源代码开放、成本低、高效、稳定的 Linux 操作系统作为嵌入式操作系统，采用低能耗、性能强大的三星 ARM 体系结构架构的 S5PV210 处理器作为控制处理器，并且设计了监控系统的硬件系统。搭建嵌入式系统开发环境，通过对 U-Boot 移植、Linux 内核移植和文件系统的移植等，构建了嵌入式 Linux 操作系统。完成系统配置后开发监控系统应用程序，将监控到的状态参数通过网络传送到中央监控系统，在中央监控系统上能通过网页界面查看监控的状态参数，并可以设置报警阈值来实现故障报警，弹出报警窗口来提醒工作人员。最后针对监控到典型的油温数据进行了小波变换分析，在大尺度上和中小尺度上对监测到一个月压力机的油温数据进行标准归一化，再利用墨西哥小帽小波和 Morlet 小波，分析这一个月油温数据的变化特征和周期变化情况，根据数据变化特征来预判故障发生。

　　研究的智能监测系统已在 RDU-JH21-25 型号压力机中得到初步应用，实现了冲压自动化生产线的智能监测的预期目标，提高了冲压自动化生产线监测的智能化与网络化水平，对今后冲压自动化生产线乃至制造装备的监控与维护系统的研发与实际工程应用都具有一定的参考价值。

　　关键词：冲压自动化生产线；压力机；智能监测；嵌入式系统；小波变换

Abstract

　　Stamping automation production line is an important part of manufacturing equipment, which is the main part of the production line,so the monitoring of its running state、timely detection of faults and maintenance is to ensure the safety of industrial production、effective measures to reduce equipment maintenance cost. Taking RDU-JH21-25 press as research object, design and implementation of intelligent monitoring system for stamping automation production line based on Linux embedded system.

　　First of all, according to the importance of the manufacturing industry to analyze the monitoring and maintenance of manufacturing equipment at home and abroad research status, according to the needs of the production line to complete the stamping automation production line intelligent monitoring system of the overall design, and then designed the monitoring terminal and the central monitoring system. Use the source code open, low cost, efficient and stable Linux operating system as an embedded operating system,using low-power, powerful samsung ARM architecture cortex-A8 architecture S5PV210 processor as a control the processor, and the hardware system of the monitoring system is designed. To build an embedded system development environment, the embedded Linux operating system is built by U-Boot transplantation 、 Linux kernel transplantation and file system transplantation. After the completion of the system configuration to develop monitoring system applications, the monitored status parameters are transmitted over the network to the central monitoring system, in the central monitoring system through the web interface to view the monitoring of the state parameters, and can set the alarm threshold to achieve fault alarm, an alarm window to remind the staff.Finally, analysis of the monitoring data to typical oil temperature by wavelet transform analysis, standardized normalization of oil temperature data monitored for one month on large scale and medium and small scale, and then use the Mexican small cap wavelet and Morlet wavelet to analyze the change characteristics and cycle variation of this month oil temperature data, according to the characteristics of data changes to predict the occurrence of failure.

　　The intelligent monitoring and maintenance system has been applied in the RDU-JH21-25 press, achieve the expected objectives of intelligent monitoring and maintenance of the stamping automation production line ,improve the level of automation and networking of the monitoring and maintenance of the automatic stamping production line, which has some reference values for design and practical engineering application of automatic stamping production line as well as manufacturing equipment.

　　Keywords: Stamping automation production line Press Intelligent monitoring Embedded system Wavelet transform

　　本课题来源于中国科学院深圳先进技术研究院与广东锻压机床厂有限公司合作的佛山市院市合作项目中创新载体建设类的项目“佛山市冲压自动化生产线技术创新平台建设”。以中国科学院深圳先进技术研究院集成所精密工程研究中心为平台支持。主要研究内容如下：

　　（1）最先是描述冲压自动化生产线的智能监测系统总体设计。通过国内外对制造装备的研究现状和冲压自动化生产线监测系统的需求，提出基于 Linux的嵌入式技术和网络通信技术的冲压自动化生产线的监测系统，并重点对冲压自动化生产线监测系统的监控终端的软硬件和中央监控系统的设计方案进行说明。

　　（2）为了完成基于嵌入式的冲压自动化生产线监测系统的软件开发，首先需要通过在嵌入式系统上构建嵌入式 Linux 操作系统使得操作系统能够在监控终端上运行。包括为了使嵌入式系统在上电后能够进行硬件初始化以及加载操作系统内核，让嵌入式 Linux 操作系统启动加载，需要进行了 BootLoader 移植，选择 U-Boot 作为嵌入式 Linux 操作系统的 BootLoader。让内核能够在嵌入式系统的硬件上运行，需要进行了 Linux 内核的移植。使嵌入式 Linux 操作系统能够提供系统服务、进行设备管理、运行用户程序，需要进行文件系统的移植。

　　（3）对冲压自动化生产线的压力机进行监测，选择合适的各种传感器，然后根据传感器分布优化算法合理的将传感器安装在压力机上，再根据监测的需求，对冲压机需要监测的参数实施监测，并且通过网络通讯将数据传输到中央监控系统，再通过网页显示监测数据和设置监测数据，所以通过任意一台电脑的浏览器都能查看监测数据。

　　（4）可以对显示的监测数据进行判断是否出现故障以及由于参数没达到机器运行的要求进行报警。为了更加准确地对变压器的数据进行分析和故障预判，项目研究针对 RDU-JH21-25 型号压力机监测到的运行状态和参数，提出小波变换分析的方法，将 RDU-JH21-25 型号压力机监测的油温数据作为例子进行数据分析和故障预判。

　　（5）对整个系统进行实验研究，以 RDU-JH21-25 型号压力机为对象慢慢完善了监测系统的功能和性能。

　　冲压自动化生产线智能监测系统部分功能演示：

温度数据

面板温度显示

温度验证

主监控界面

报警演示

监控管理界面

用户管理界面

历史数据界面

目录

　　摘要
　　Abstract
　　第 1 章 绪论
　　　　1.1 研究背景与意义
　　　　1.2 国内外研究现状
　　　　　　1.2.1 国外制造装备监测研究现状
　　　　　　1.2.2 国内制造装备监测研究现状
　　　　1.3 课题来源与研究内容
　　第 2 章 冲压自动化生产线监测系统总体设计
　　　　2.1 冲压自动化生产线压力机的结构和工作分析
　　　　2.2 系统功能分析
　　　　2.3 监测系统总体方案设计
　　　　　　2.3.1 监测系统总体设计结构
　　　　　　2.3.2 监控终端
　　　　　　2.3.3 中央监控系统
　　　　2.4 本章小结
　　第 3 章 监测系统中嵌入式操作系统的启动加载
　　　　3.1 监测应用程序开发环境的搭建
　　　　　　3.1.1 宿主机/目标机开发模式
　　　　　　3.1.2 建立交叉编译环境
　　　　3.2 BootLoader
　　　　3.3 嵌入式监测系统硬件处理器的启动流程
　　　　3.4 U-Boot 移植
　　　　3.5 监测系统中嵌入式 Linux 系统内核的移植
　　　　　　3.5.1 网卡移植
　　　　　　3.5.2 Nand Flash 移植
　　　　　　3.5.3 LCD 移植
　　　　3.6 监测系统中嵌入式 Linux 文件系统的构建
　　　　　　3.6.1 BusyBox 的移植
　　　　　　3.6.2 构建文件系统
　　　　3.7 本章小结
　　第 4 章 冲压自动化生产线的数据监测
　　　　4.1 监测系统硬件电路设计
　　　　4.2 压力机数据监测
　　　　　　4.2.1 传感器的选择与分布
　　　　　　4.2.2 监测系统的油温监测
　　　　4.3 中央监控系统人机界面显示
　　　　　　4.3.1 监控主界面
　　　　　　4.3.2 监控管理界面
　　　　　　4.3.3 用户管理界面
　　　　　　4.3.4 历史数据查询界面
　　　　4.4 本章小结
　　第 5 章 监控数据小波变换分析
　　　　5.1 小波变换分析的基本知识
　　　　5.2 MATLAB 中的小波函数
　　　　5.3 压力机油温数据分析
　　　　　　5.3.1 压力机油温在大时间尺度上的演变特征
　　　　　　5.3.2 压力机油温在中小时间尺度上的演变特征
　　　　　　5.3.3 压力机离合器制动器的故障预判
　　　　5.4 本章小结
　　第 6 章 总结和展望
　　　　6.1 总结
　　　　6.2 展望
　　参考文献
　　作者攻读学位期间的研究成果
　　致谢

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