一種用于故障診斷系統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)采集卡的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001 ] 技術(shù)領(lǐng)域:
[0002]本實(shí)用新型涉及數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，尤其涉及一種用于故障診斷系統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)采集卡。
[0003]【背景技術(shù)】:
[0004]故障診斷技術(shù)是了解和掌握設(shè)備機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，識(shí)別設(shè)備機(jī)組的異常表現(xiàn)，早期發(fā)現(xiàn)設(shè)備機(jī)組潛在故障并預(yù)報(bào)故障發(fā)展趨勢(shì)的技術(shù)。通過(guò)對(duì)設(shè)備機(jī)組進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，可以確定合理的檢修時(shí)間和方案，達(dá)到減少事故停機(jī)損失、提高設(shè)備機(jī)組運(yùn)行的可靠性、降低維修費(fèi)用的目的，是解決復(fù)雜系統(tǒng)的安全性、可靠性、維修決策的科學(xué)性等問(wèn)題的關(guān)鍵性技術(shù)。
[0005]—般情況下設(shè)備機(jī)組涉及的信號(hào)有鍵相、振動(dòng)、過(guò)程和扭角等，故障診斷的前提首先需要對(duì)設(shè)備機(jī)組中的這些運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行采集。然而隨著現(xiàn)代電子技術(shù)，如高速運(yùn)放、磁耦合、FPGA和DSP等新技術(shù)的發(fā)展，如何運(yùn)用這些新技術(shù)提高設(shè)備狀態(tài)信號(hào)采集記錄的可靠性、抗干擾性以及系統(tǒng)集成度是近幾年故障診斷技術(shù)新的研究方向。
[0006]目前的信號(hào)采集方案大多是采用PC工控機(jī)的全長(zhǎng)主板安裝PCI信號(hào)采集卡來(lái)實(shí)現(xiàn)的，PC的配置是酷睿2雙核2.4GHz，4GB內(nèi)存，采用Windows XP操作系統(tǒng)。但是這個(gè)硬件配置相對(duì)較高，且酷睿2處理器本身不是針對(duì)嵌入式，低功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。大多數(shù)工控主板生產(chǎn)廠家都沒(méi)有采用酷睿2處理器的ETX模塊、PC104模塊或者COM模塊等嵌入式x86模塊，這樣就無(wú)法將現(xiàn)有的PC平臺(tái)完全移植或集成到多通道采集卡里。
[0007]【實(shí)用新型內(nèi)容】:
[0008]為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種基于ARM和FPGA控制的多通道數(shù)據(jù)采集的方案，確保系統(tǒng)高度集成的同時(shí)，提高信號(hào)采集的可靠性的技術(shù)方案:
[0009]—種用于故障診斷系統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)采集卡，包括8塊8通道振動(dòng)信號(hào)調(diào)理采集板、3塊8通道過(guò)程量信號(hào)調(diào)理采集板、處理底板及電源濾波板，所述處理底板分別與8通道振動(dòng)信號(hào)調(diào)理采集板、8通道過(guò)程量信號(hào)調(diào)理采集板及電源濾波板導(dǎo)通，所述8通道振動(dòng)信號(hào)調(diào)理采集板及8通道過(guò)程量信號(hào)調(diào)理采集板以并行方式與處理底板導(dǎo)通。
[0010]作為優(yōu)選，處理底板上設(shè)置有可編程邏輯器件FPGA、中央處理器ARM9及PHY器件DM9161，可編程邏輯器件FPGA接收8通道振動(dòng)信號(hào)調(diào)理采集板及8通道過(guò)程量信號(hào)調(diào)理采集板傳遞的外部多路模擬信號(hào)后，將采集到的數(shù)據(jù)排成固定格式，通過(guò)中斷通知中央處理器ARM9進(jìn)行讀取，所述中央處理器ARM9通過(guò)外部的EBIl總線讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，中央處理器ARM9將讀取的采樣數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成IP包，通過(guò)PHY器件DM9161傳到工業(yè)以太網(wǎng)，經(jīng)過(guò)交換機(jī)轉(zhuǎn)到PC工控機(jī)。
[0011]作為優(yōu)選，中央處理器ARM9通過(guò)UART接口，擴(kuò)展RS485收發(fā)器和現(xiàn)場(chǎng)DCS系統(tǒng)進(jìn)行通信。
[0012]作為優(yōu)選，EB11總線數(shù)據(jù)位寬16bit，可配置時(shí)鐘133MHz，數(shù)據(jù)傳輸不存在瓶頸。
[0013]作為優(yōu)選，電源濾波板對(duì)Open Framer電源輸出的+12V供電進(jìn)行濾波。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0015](I)本實(shí)用新型可采集多路鍵相、振動(dòng)、過(guò)程和扭角等信號(hào)，系統(tǒng)集成度高。
[0016](2)本實(shí)用新型中以模塊化的設(shè)計(jì)有助于針對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，靈活組合采集板，從而增加系統(tǒng)的適用性。
[0017](3)在實(shí)用新型中采用以太網(wǎng)接口與PC機(jī)連接，不僅可以實(shí)現(xiàn)高速傳輸，也有利于擴(kuò)展多張板卡。
[0018]【附圖說(shuō)明】:
[0019]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型采集系統(tǒng)組成框圖。
[0021]【具體實(shí)施方式】:
[0022]為使本實(shí)用新型的發(fā)明目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0023]如圖1，圖2所示，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種用于故障診斷系統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)采集卡，包括8塊8通道振動(dòng)信號(hào)調(diào)理采集板1、3塊8通道過(guò)程量信號(hào)調(diào)理采集板2、處理底板3及電源濾波板4，處理底板3分別與8通道振動(dòng)信號(hào)調(diào)理采集板1、8通道過(guò)程量信號(hào)調(diào)理采集板2及電源濾波板4導(dǎo)通，8通道振動(dòng)信號(hào)調(diào)理采集板I及8通道過(guò)程量信號(hào)調(diào)理采集板2以并行方式與處理底板3導(dǎo)通。
[0024]其中的處理底板3上設(shè)置有可編程邏輯器件FPGA 5、中央處理器ARM9 6及PHY器件DM9161 7，可編程邏輯器件FPGA 5接收8通道振動(dòng)信號(hào)調(diào)理采集板I及8通道過(guò)程量信號(hào)調(diào)理采集板2傳遞的外部多路模擬信號(hào)后，將采集到的數(shù)據(jù)排成固定格式，通過(guò)中斷通知中央處理器ARM9 6進(jìn)行讀取，中央處理器ARM9 6通過(guò)外部的EBIl總線8讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，中央處理器ARM9 6將讀取的采樣數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成IP包，通過(guò)PHY器件DM9161 7傳到工業(yè)以太網(wǎng)，經(jīng)過(guò)交換機(jī)轉(zhuǎn)到PC工控機(jī)9。中央處理器ARM9 6通過(guò)UART接口，擴(kuò)展RS485收發(fā)器和現(xiàn)場(chǎng)DCS系統(tǒng)進(jìn)行通信。EBII總線8數(shù)據(jù)位寬16b i t，可配置時(shí)鐘133MHz，數(shù)據(jù)傳輸不存在瓶頸。
[0025]8通道振動(dòng)信號(hào)調(diào)理采集板1:完成8路振動(dòng)信號(hào)的輸入，模擬調(diào)理和AD功能。采用扣板的形式安裝在數(shù)字底板上，扣板接插件選用2.54mm的雙排針。在PCB的兩端布置，一端負(fù)責(zé)模擬信號(hào)輸入，另外一端則是數(shù)字輸出和電源供電接口。對(duì)于大的設(shè)備機(jī)組，需要64路振動(dòng)信號(hào)的采集，可以安裝8塊采集板，小的設(shè)備機(jī)組，需要16路振動(dòng)信號(hào)的采集，可以僅安裝2塊采集板。
[0026]8通道過(guò)程量信號(hào)調(diào)理采集板2:負(fù)責(zé)8路過(guò)程量信號(hào)的輸入，調(diào)理和AD功能，同樣采用扣板的形式裝在數(shù)字底板上，扣板接插件選用2.54mm的雙排針。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)需要24路過(guò)程量信號(hào)的采集，可以安裝3塊扣板。
[0027]于此同時(shí)，電源濾波板4對(duì)Open Framer電源輸出的+ 12V供電進(jìn)行濾波。多通道采集卡支持4路鍵相信號(hào)，64路振動(dòng)信號(hào)、24路過(guò)程量信號(hào)和4路扭角信號(hào)的輸入，整個(gè)系統(tǒng)輸入路數(shù)較多，信號(hào)調(diào)理電路較龐大，而且振動(dòng)信號(hào)和過(guò)程量信號(hào)都需要進(jìn)行AD采樣轉(zhuǎn)化。為提高系統(tǒng)的適用性，降低硬件設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，提高一次性成功率，采用模塊化設(shè)計(jì)。
[0028]FPGA邏輯實(shí)現(xiàn)如下基本功能:
[0029](I)對(duì)鍵相信號(hào)進(jìn)行捕捉，測(cè)量脈沖頻率，輸出整形后的鍵相脈沖到同步觸發(fā)單
J L ο
[0030](2)同步觸發(fā)單元根據(jù)軟件觸發(fā)源的選擇，對(duì)8個(gè)AD芯片分別選擇不同的觸發(fā)源。觸發(fā)AD進(jìn)行采樣。
[0031](3)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的調(diào)理電路進(jìn)行選擇，選擇前端處理、增益放大和濾波處理。
[0032](4)接收振動(dòng)信號(hào)AD的數(shù)據(jù)、過(guò)程信號(hào)AD的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，按照固定的格式存入Block RAM0
[0033](5)對(duì)扭角信號(hào)捕捉計(jì)算頻率，將扭角信號(hào)的頻率依次存入Block RAM。
[0034](6)控制寄存器允許軟件的讀寫(xiě)操作，軟件通過(guò)讀寫(xiě)寄存器間接對(duì)模擬電路，采樣電路進(jìn)行控制。觸發(fā)CPU中斷，通知CPU讀取Block RAM。輸出繼電器控制信號(hào)，控制繼電器觸點(diǎn)打開(kāi)和關(guān)閉。
[0035]中央處理器ARM9需要完成如下功能:
[0036](I)通過(guò)EBII總線和FPGA進(jìn)行交互，控f|jijFPGA內(nèi)部寄存器，間接控制硬件采樣和多通道同步。
[0037](2)響應(yīng)FPGA的定時(shí)中斷，例如1ms中斷。按照固定格式以DMA方式從FPGA讀取采樣數(shù)據(jù)。DMA方式減少CPU的干預(yù)和CPU指令周期的占用，通過(guò)DMA控制器直接將FPGA采樣數(shù)據(jù)讀到ARM9處理器的內(nèi)存空間。
[0038](3)Linux環(huán)境下以太網(wǎng)協(xié)議棧的移植，通過(guò)以太網(wǎng)和PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0039]本實(shí)用新型可采集多路鍵相、振動(dòng)、過(guò)程和扭角等信號(hào)，系統(tǒng)集成度高。模塊化的設(shè)計(jì)有助于針對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，靈活組合采集板，從而增加系統(tǒng)的適用性。采用以太網(wǎng)接口與PC機(jī)連接，不僅可以實(shí)現(xiàn)高速傳輸，也有利于擴(kuò)展多張板卡。
[0040]上述實(shí)施例只是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不是對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的限制，只要是不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)即可在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，均應(yīng)視為落入本實(shí)用新型專利的權(quán)利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于故障診斷系統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于:包括8塊8通道振動(dòng)信號(hào)調(diào)理采集板、3塊8通道過(guò)程量信號(hào)調(diào)理采集板、處理底板及電源濾波板，所述處理底板分別與8通道振動(dòng)信號(hào)調(diào)理采集板、8通道過(guò)程量信號(hào)調(diào)理采集板及電源濾波板導(dǎo)通，所述8通道振動(dòng)信號(hào)調(diào)理采集板及8通道過(guò)程量信號(hào)調(diào)理采集板以并行方式與處理底板導(dǎo)通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于故障診斷系統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于:所述處理底板上設(shè)置有可編程邏輯器件FPGA、中央處理器ARM9及PHY器件DM9161，所述可編程邏輯器件FPGA接收8通道振動(dòng)信號(hào)調(diào)理采集板及8通道過(guò)程量信號(hào)調(diào)理采集板傳遞的外部多路模擬信號(hào)后，將采集到的數(shù)據(jù)排成固定格式，通過(guò)中斷通知中央處理器ARM9進(jìn)行讀取，所述中央處理器ARM9通過(guò)外部的EBIl總線讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，中央處理器ARM9將讀取的采樣數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成IP包，通過(guò)PHY器件DM9161傳到工業(yè)以太網(wǎng)，經(jīng)過(guò)交換機(jī)轉(zhuǎn)到PC工控機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于故障診斷系統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于:所述中央處理器ARM9通過(guò)UART接口，擴(kuò)展RS485收發(fā)器和現(xiàn)場(chǎng)DCS系統(tǒng)進(jìn)行通信。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于故障診斷系統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于:所述EBII總線數(shù)據(jù)位寬16b i t，可配置時(shí)鐘133MHz，數(shù)據(jù)傳輸不存在瓶頸。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于故障診斷系統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于:所述電源濾波板對(duì)Open Framer電源輸出的+12V供電進(jìn)行濾波。
【專利摘要】本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種用于故障診斷系統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)采集卡，包括8塊8通道振動(dòng)信號(hào)調(diào)理采集板、3塊8通道過(guò)程量信號(hào)調(diào)理采集板、處理底板及電源濾波板，所述處理底板分別與8通道振動(dòng)信號(hào)調(diào)理采集板、8通道過(guò)程量信號(hào)調(diào)理采集板及電源濾波板導(dǎo)通，所述8通道振動(dòng)信號(hào)調(diào)理采集板及8通道過(guò)程量信號(hào)調(diào)理采集板以并行方式與處理底板導(dǎo)通。本實(shí)用新型可采集多路鍵相、振動(dòng)、過(guò)程和扭角等信號(hào)，系統(tǒng)集成度高。本實(shí)用新型中以模塊化的設(shè)計(jì)有助于針對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，靈活組合采集板，從而增加系統(tǒng)的適用性。在實(shí)用新型中采用以太網(wǎng)接口與PC機(jī)連接，不僅可以實(shí)現(xiàn)高速傳輸，也有利于擴(kuò)展多張板卡。
【IPC分類】G05B23/02
【公開(kāi)號(hào)】CN205281254
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201620002086
【發(fā)明人】瞿林, 陳景東, 葛冉, 俞波
【申請(qǐng)人】臨境聲學(xué)科技江蘇有限公司
【公開(kāi)日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年1月5日