大型精密成型液压机的嵌入式智能监控与维护单元软件设计(3)
第四章：系统调试与仿真，对于编译好的软件系统进行测试。
第五章：总结，总结本文的成果与不足，对今后的工作做简要展望。
2 液压机智能监控总体设计
2.1 系统设计需求分析
当前大型精密成型液压机大多没有友善的人机交互界面[17]，它们中的一些关键量是通过一些仪表来显示，并且不具备数据存储记忆功能。图2.1所示的是大型精密成型液压机常用的控制柜：
图2.1 液压机控制柜
为了顺应高端智能化发展的趋势，大型精密成型液压机的监控应以智能化为目标进行总体方案设计。针对大型精密成型液压机具体工作环境及工艺参数要求，以服务于液压控制及故障诊断为立足点，对大型精密成型液压机的智能监控提出了如下的要求：
(1) 具备状态监测、数据存储及友好的人机界面
对液压系统压力、位置、流量等物理量实时检测、记录，并通过GUI将实时数据、历史数据显示、重现，即具备数据存储能力，方便用户对液压机状态评估及工艺查询。
(2) 实现液压机故障诊断功能
液压机故障诊断是识别液压机运行状态的科学，它研究的是液压机运行状态的变化在诊断信息中的反映[18]。其研究的内容包括对液压机运行状态的识别诊断和对其运行过程的监测。本项目研究的液压机是框架式液压机，它主要通过PLC控制主缸、顶出缸、缓冲缸、夹持缸、锁紧缸等多个液压缸执行固定、锁紧、快行、压制、顶回等动作[19]。为实现高压成型、快速卸荷，液压系统使用插装阀和集成阀块结构，故障发生的潜在性增大，因此智能监控装置需提供液压机故障诊断方案。
(3) 具备后台服务功能
液压机需具备后台服务的功能，能将液压机的一些实时参量及一些故障问题通过远程服务的功能传输给远程用户和专家。用户和专家通过接受的数据及一些历史数据能通过对比，研究，能对液压系统进行正确，有效的监控与管理。
2.2 系统总体方案设计
2.2.1系统总体框架设计
根据大型精密成型液压机智能监控的需求分析，设计出系统的总体框图如图2.2所示：
图2.2 系统总体框图
通过系统的总体框图，可知系统的硬件部分包括西门子CPU315-DP的PLC控制器、适配器PM-125、STM32 MCU及终端服务器。
2.2.2 系统软件设计方案
针对系统总体框图，软件设计主要包括智能监控及文护的通信接口、外围设备的驱动及操作、液压机的监控和诊断及终端服务等功能。为了更好的使软件具有适应性及方便对其进行修改和升级，相关软件程序采用模块化设计。模块化设计是指系统开发用户可以根据系统功能要求，在系统初始化时，调用相应的功能模块来实现系统的可重构性。软件采用模块化的方式设计，能对不同的硬件系统具有一定的适应性[20]。
2.3 STM32开发板
软件设计是基于STM32指令集，在RealView MDK及VC平台下开发的。本设计所用到的开发板是STM32，它的实物图如图2.3所示，图中的STM32处于供电状态，并且J-link和串口线都已经插好。
图2.3 STM32开发板实物
下面对STM32的基本情况做下简单的介绍。该个芯片属于STM32F103 系列的高容量芯片， QFP100 封装， 主要特征：64K 片内SRAM 512K 片内FLASH。具有FSMC 接口（并行外设外设接口，TFT 模块就是通过这个连接的），SDIO 4 位接口（SD卡的专用接口，速度更高）。之所以选用这个芯片作为开发板的MCU，主要是基于以下几点：
(1) 该芯片容量大，它是STM32系列里容量最大的芯片。
(2) 该芯片体积适中QFTP100脚封装，从大型设备到手持设备都可以选用。