基于框架式的海量數(shù)據(jù)采集通訊平臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于框架式的海量數(shù)據(jù)采集通訊平臺,即本平臺包括機(jī)架和PCB背板,所述PCB背板設(shè)于所述機(jī)架底面,還包括通訊板卡、兩塊電源板卡、若干數(shù)據(jù)采集板卡和若干板卡插槽,所述PCB背板設(shè)有差分通訊線、同步觸發(fā)線和電源線,所述若干板卡插槽分別間隔設(shè)于所述背板上并連通所述差分通訊線、同步觸發(fā)線和電源線,所述通訊板卡、兩塊電源板卡和若干數(shù)據(jù)采集板卡分別插入所述若干板卡插槽。本數(shù)據(jù)采集通訊平臺克服了傳統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集通訊的缺陷,實現(xiàn)集中式、多參量數(shù)據(jù)信號的實時采集、并具備海量數(shù)據(jù)的通訊能力,提高了監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力,確保對生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控和故障診斷。
【專利說明】基于框架式的海量數(shù)據(jù)采集通訊平臺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種基于框架式的海量數(shù)據(jù)采集通訊平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]在大中型企業(yè)中,為提高生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量,需要對一組設(shè)備或一條產(chǎn)線上的所有設(shè)備做連續(xù)、集中的監(jiān)控,提取設(shè)備運行時的各種數(shù)據(jù),從而判別設(shè)備或產(chǎn)線是否處于最佳運行狀態(tài)。實現(xiàn)這些技術(shù)的關(guān)鍵是需要對設(shè)備的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)采集,同時,再將采集的數(shù)據(jù)快速傳送給上位機(jī)單元,上位機(jī)單元對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計算、處理和優(yōu)化。最終將結(jié)果反饋給生產(chǎn)系統(tǒng),并指導(dǎo)生產(chǎn)系統(tǒng)處于最佳運行狀態(tài)。
[0003]如在汽車行業(yè)針對汽車發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)及相關(guān)數(shù)據(jù),研發(fā)發(fā)動機(jī)參數(shù)優(yōu)化及試驗系統(tǒng),監(jiān)測采集發(fā)動機(jī)的各種工作參數(shù),如進(jìn)氣量、噴油量、噴油時間、點火時間、轉(zhuǎn)速、扭矩、壓力、振動、溫度等,并對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析,不斷優(yōu)化發(fā)動機(jī)參數(shù),使發(fā)動機(jī)噪聲降低、功率提升、油耗降低,從而提高汽車發(fā)動機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量。同樣在冶金行業(yè),隨著對產(chǎn)品質(zhì)量及連續(xù)化生產(chǎn)要求的不斷提高,強(qiáng)化了眾多設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測的研宄與實施工作,其中對軋鋼過程中產(chǎn)生的鋼板表面振動紋監(jiān)測研宄,將軋機(jī)張力、機(jī)架振動等多種參數(shù)進(jìn)行實時采集和分析診斷,目前已能夠判別部分類型的振動紋;針對冷軋連退機(jī)組斷帶問題,建立斷帶監(jiān)測診斷系統(tǒng),并對焊機(jī)、板帶邊裂、張力等多種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測和診斷,有效消除斷帶現(xiàn)象。
[0004]但是上述的實時監(jiān)測系統(tǒng)需基于生產(chǎn)現(xiàn)場海量數(shù)據(jù)的采集和傳輸,而目前大多設(shè)備或產(chǎn)線的數(shù)據(jù)采集點分布范圍較大,往往采用單點數(shù)據(jù)采集和傳輸,對于需采集的振動、電壓、電流、超聲波、渦流、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等數(shù)據(jù)的集成度較差,并且由于采集的數(shù)據(jù)量大,其傳輸存在一定的瓶頸,降低了實時監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力,影響生產(chǎn)系統(tǒng)的實時監(jiān)控和故障診斷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于框架式的海量數(shù)據(jù)采集通訊平臺,本數(shù)據(jù)采集通訊平臺克服了傳統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集通訊的缺陷,實現(xiàn)集中式、多參量數(shù)據(jù)信號的實時采集、并具備海量數(shù)據(jù)的通訊能力,提高了監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力,確保對生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控和故障診斷。
[0006]為解決上述技術(shù)問題,本實用新型基于框架式的海量數(shù)據(jù)采集通訊平臺包括機(jī)架和PCB背板,所述PCB背板設(shè)于所述機(jī)架底面,還包括通訊板卡、兩塊電源板卡、若干數(shù)據(jù)采集板卡和若干板卡插槽,所述PCB背板設(shè)有差分通訊線、同步觸發(fā)線和電源線,所述若干板卡插槽分別間隔設(shè)于所述PCB背板上并連通所述差分通訊線、同步觸發(fā)線和電源線,所述通訊板卡、兩塊電源板卡和若干數(shù)據(jù)采集板卡分別插入所述若干板卡插槽。
[0007]進(jìn)一步,所述數(shù)據(jù)采集板卡包括CPU單元、前端模擬調(diào)理單元、并行AD轉(zhuǎn)換單元、總線驅(qū)動器、可編程邏輯器、高速靜態(tài)存儲器、串行閃存存儲器和以太網(wǎng)接口單元,所述CPU單元分別雙向連接所述總線驅(qū)動器、可編程邏輯器、高速靜態(tài)存儲器、串行閃存存儲器和以太網(wǎng)接口單元,所述前端模擬調(diào)理單元經(jīng)所述并行AD轉(zhuǎn)換單元雙向連接所述總線驅(qū)動器。
[0008]進(jìn)一步,所述通訊板卡包括以太網(wǎng)交換芯片、DC/DC電源芯片、千兆以太網(wǎng)接口單元、千兆網(wǎng)絡(luò)變壓器、百兆網(wǎng)絡(luò)變壓器和若干百兆以太網(wǎng)接口單元,所述DC/DC電源芯片輸出端連接所述以太網(wǎng)交換芯片電源端,所述以太網(wǎng)交換芯片信息端分別雙向連接所述千兆以太網(wǎng)接口單元和若干百兆以太網(wǎng)接口單元,所述千兆以太網(wǎng)接口單元輸出端連接所述千兆網(wǎng)絡(luò)變壓器輸入端,所述若干百兆以太網(wǎng)接口單元輸出端分別連接所述百兆網(wǎng)絡(luò)變壓器輸入端。
[0009]進(jìn)一步,所述若干數(shù)據(jù)采集板卡分為主卡和從卡,所述主卡通過所述同步觸發(fā)線同步觸發(fā)所述從卡采集數(shù)據(jù)。
[0010]進(jìn)一步,所述數(shù)據(jù)采集板卡和電源板卡分別是隔離式數(shù)據(jù)采集板卡和隔離式電源板卡,所述電源板卡的電源功率是200W。
[0011]進(jìn)一步,所述若干數(shù)據(jù)采集板卡分別通過各種傳感器采集振動、電壓、電流、超聲波、渦流、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力數(shù)據(jù)。
[0012]進(jìn)一步,所述機(jī)架是4U、19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱。
[0013]由于本實用新型基于框架式的海量數(shù)據(jù)采集通訊平臺采用了上述技術(shù)方案,即本平臺包括機(jī)架和PCB背板,所述PCB背板設(shè)于所述機(jī)架底面,還包括通訊板卡、兩塊電源板卡、若干數(shù)據(jù)采集板卡和若干板卡插槽,所述PCB背板設(shè)有差分通訊線、同步觸發(fā)線和電源線,所述若干板卡插槽分別間隔設(shè)于所述PCB背板上并連通所述差分通訊線、同步觸發(fā)線和電源線,所述通訊板卡、兩塊電源板卡和若干數(shù)據(jù)采集板卡分別插入所述若干板卡插槽。本數(shù)據(jù)采集通訊平臺克服了傳統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集通訊的缺陷,實現(xiàn)集中式、多參量數(shù)據(jù)信號的實時采集、并具備海量數(shù)據(jù)的通訊能力,提高了監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力,確保對生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控和故障診斷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖和實施方式對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0015]圖1為本實用新型基于框架式的海量數(shù)據(jù)采集通訊平臺示意圖;
[0016]圖2為本數(shù)據(jù)采集通訊平臺中數(shù)據(jù)采集板卡的原理框圖;
[0017]圖3為本數(shù)據(jù)采集通訊平臺中通訊板卡的原理框圖。
【具體實施方式】
[0018]如圖1所示,本實用新型基于框架式的海量數(shù)據(jù)采集通訊平臺包括機(jī)架I和PCB背板2,所述PCB背板2設(shè)于所述機(jī)架I底面,還包括通訊板卡5、兩塊電源板卡6、若干數(shù)據(jù)采集板卡4和若干板卡插槽3,所述PCB背板2設(shè)有差分通訊線8、同步觸發(fā)線7和電源線9,所述若干板卡插槽3分別間隔設(shè)于所述PCB背板2上并連通所述差分通訊線8、同步觸發(fā)線7和電源線9,所述通訊板卡5、兩塊電源板卡6和若干數(shù)據(jù)采集板卡4分別插入所述若干板卡插槽3。
[0019]進(jìn)一步,如圖2所示,所述數(shù)據(jù)采集板卡包括CPU單元41、前端模擬調(diào)理單元42、并行AD轉(zhuǎn)換單元43、總線驅(qū)動器44、可編程邏輯器45、高速靜態(tài)存儲器46、串行閃存存儲器47和以太網(wǎng)接口單元48,所述CPU單元41分別雙向連接所述總線驅(qū)動器44、可編程邏輯器45、高速靜態(tài)存儲器46、串行閃存存儲器47和以太網(wǎng)接口單元48,所述前端模擬調(diào)理單元42經(jīng)所述并行AD轉(zhuǎn)換單元42雙向連接所述總線驅(qū)動器44。
[0020]前端模擬調(diào)理單元將傳感器信號進(jìn)行濾波、放大等一系列調(diào)理,從而能滿足AD轉(zhuǎn)換要求;并行AD轉(zhuǎn)換單元是16位精度,將來自前端模擬調(diào)理單元的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號;總線驅(qū)動器用于提高了 CPU單元的總線驅(qū)動能力,同時為總線設(shè)置了一層屏蔽,提高系統(tǒng)的抗干擾能力;CPU單元是整個系統(tǒng)的核心,完成整個平臺的數(shù)據(jù)采集、打包、通訊等功能;高速靜態(tài)存儲器用于采集數(shù)據(jù)的暫存;可編程邏輯器管理整個系統(tǒng)的時序,包括AD采樣時序、存儲時序等;串行閃存存儲器保存系統(tǒng)內(nèi)所有參數(shù),如通訊參數(shù)、采集配置參數(shù)等。
[0021]進(jìn)一步,如圖3所示,所述通訊板卡包括以太網(wǎng)交換芯片51、DC/DC電源芯片52、千兆以太網(wǎng)接口單元53、千兆網(wǎng)絡(luò)變壓器55、百兆網(wǎng)絡(luò)變壓器56和若干百兆以太網(wǎng)接口單元54,所述DC/DC電源芯片52輸出端連接所述以太網(wǎng)交換芯片51電源端,所述以太網(wǎng)交換芯片51信息端分別雙向連接所述千兆以太網(wǎng)接口單元53和若干百兆以太網(wǎng)接口單元54,所述千兆以太網(wǎng)接口單元53輸出端連接所述千兆網(wǎng)絡(luò)變壓器55輸入端,所述若干百兆以太網(wǎng)接口單元54輸出端分別連接所述百兆網(wǎng)絡(luò)變壓器56輸入端。
[0022]以太網(wǎng)交換芯片具備最大24 口百兆通訊和2 口千兆通訊能力;DC/DC電源芯片將外部電源轉(zhuǎn)換成板卡所需的各種電源,百兆以太網(wǎng)接口單元和千兆以太網(wǎng)接口單元可具備40路百兆通訊和一路千兆光纖通訊能力,提高海量數(shù)據(jù)并發(fā)通訊速度;同時百兆以太網(wǎng)接口單元和千兆以太網(wǎng)接口單元分別通過百兆網(wǎng)絡(luò)變壓器和千兆網(wǎng)絡(luò)變壓器進(jìn)行數(shù)據(jù)隔離后與上位機(jī)通訊,并且提供若干數(shù)據(jù)采集板卡內(nèi)部的互聯(lián)。
[0023]進(jìn)一步,所述若干數(shù)據(jù)采集板卡4分為主卡和從卡,所述主卡通過所述同步觸發(fā)線7同步觸發(fā)所述從卡采集數(shù)據(jù)。
[0024]進(jìn)一步,所述數(shù)據(jù)采集板卡4和電源板卡6分別是隔離式數(shù)據(jù)采集板卡和隔離式電源板卡,所述電源板卡6的電源功率是200W。
[0025]進(jìn)一步,所述若干數(shù)據(jù)采集板卡4分別通過各種傳感器采集振動、電壓、電流、超聲波、渦流、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力數(shù)據(jù)。
[0026]進(jìn)一步,所述機(jī)架I是4U、19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱。
[0027]本采集通訊平臺中,PCB背板是若干數(shù)據(jù)采集板卡與通訊板卡間的通訊橋梁,同時電源板卡經(jīng)PCB背板向若干數(shù)據(jù)采集板卡和通訊板卡提供工作電源,各數(shù)據(jù)采集板卡經(jīng)傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過PCB背板傳送到通訊板卡,后者再通過雙絞線或光纖將數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)端的上位機(jī),從而建立數(shù)據(jù)采集板卡與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊通道。本平臺最大可提供100Mbps的通訊速率,滿足用戶海量數(shù)據(jù)通訊的應(yīng)用需求。此外,數(shù)據(jù)采集板卡可開發(fā)為采集振動、電壓、電流、超聲波、渦流、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力數(shù)據(jù)等多種輸入方式,只需按指定的接口應(yīng)用即可;同時各數(shù)據(jù)采集板卡之間可隨意組合,極大的提高了數(shù)據(jù)采集的靈活性。數(shù)據(jù)采集板卡具有同步采集功能,可設(shè)置為主卡和從卡,主卡通過背板上的同步觸發(fā)線同步從卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,同步精度為uS級;數(shù)據(jù)采集板卡和電源板卡采用隔離式設(shè)計,板卡之間互不干擾,提高了生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)目垢蓴_能力。
[0028]生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備或產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集點的信號經(jīng)各種傳感器按照不同的種類接入到各自的數(shù)據(jù)采集板卡,隨后,數(shù)據(jù)采集板卡的主卡發(fā)出同步指令,觸發(fā)各從卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,各數(shù)據(jù)采集板卡采集到的信號經(jīng)過CPU單元處理、打包后,通過PCB背板的差分通訊線傳送至通訊板卡,通訊板卡再通過雙絞線或光纖將數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)端上位機(jī),從而建立了數(shù)據(jù)采集板卡與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊通道。上位機(jī)安裝有相應(yīng)的應(yīng)用軟件,按用戶不同的需求進(jìn)行計算和顯示。同時,上位機(jī)可通過設(shè)置命令控制每塊數(shù)據(jù)采集板卡的采樣參數(shù),本平臺與上位機(jī)之間通過以太網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的互聯(lián),實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場海量數(shù)據(jù)的采集和通訊,與傳統(tǒng)的專業(yè)監(jiān)測設(shè)備相比,本平臺具有組合靈活、通道擴(kuò)充方便、通訊速率快等特點,滿足生產(chǎn)過程中各關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵參數(shù)的實時監(jiān)測,確保對生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控和故障診斷,有效提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。
【權(quán)利要求】
1.一種基于框架式的海量數(shù)據(jù)采集通訊平臺,包括機(jī)架和PCB背板,所述PCB背板設(shè)于所述機(jī)架底面,其特征在于:還包括通訊板卡、兩塊電源板卡、若干數(shù)據(jù)采集板卡和若干板卡插槽,所述PCB背板設(shè)有差分通訊線、同步觸發(fā)線和電源線,所述若干板卡插槽分別間隔設(shè)于所述PCB背板上并連通所述差分通訊線、同步觸發(fā)線和電源線,所述通訊板卡、兩塊電源板卡和若干數(shù)據(jù)采集板卡分別插入所述若干板卡插槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于框架式的海量數(shù)據(jù)采集通訊平臺,其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集板卡包括CPU單元、前端模擬調(diào)理單元、并行AD轉(zhuǎn)換單元、總線驅(qū)動器、可編程邏輯器、高速靜態(tài)存儲器、串行閃存存儲器和以太網(wǎng)接口單元,所述CPU單元分別雙向連接所述總線驅(qū)動器、可編程邏輯器、高速靜態(tài)存儲器、串行閃存存儲器和以太網(wǎng)接口單元,所述前端模擬調(diào)理單元經(jīng)所述并行AD轉(zhuǎn)換單元雙向連接所述總線驅(qū)動器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于框架式的海量數(shù)據(jù)采集通訊平臺,其特征在于:所述通訊板卡包括以太網(wǎng)交換芯片、DC/DC電源芯片、千兆以太網(wǎng)接口單元、千兆網(wǎng)絡(luò)變壓器、百兆網(wǎng)絡(luò)變壓器和若干百兆以太網(wǎng)接口單元,所述DC/DC電源芯片輸出端連接所述以太網(wǎng)交換芯片電源端,所述以太網(wǎng)交換芯片信息端分別雙向連接所述千兆以太網(wǎng)接口單元和若干百兆以太網(wǎng)接口單元,所述千兆以太網(wǎng)接口單元輸出端連接所述千兆網(wǎng)絡(luò)變壓器輸入端,所述若干百兆以太網(wǎng)接口單元輸出端分別連接所述百兆網(wǎng)絡(luò)變壓器輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于框架式的海量數(shù)據(jù)采集通訊平臺,其特征在于:所述若干數(shù)據(jù)采集板卡分為主卡和從卡,所述主卡通過所述同步觸發(fā)線同步觸發(fā)所述從卡采集數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于框架式的海量數(shù)據(jù)采集通訊平臺,其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集板卡和電源板卡分別是隔離式數(shù)據(jù)采集板卡和隔離式電源板卡,所述電源板卡的電源功率是200W。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于框架式的海量數(shù)據(jù)采集通訊平臺,其特征在于:所述若干數(shù)據(jù)采集板卡分別通過各種傳感器采集振動、電壓、電流、超聲波、渦流、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于框架式的海量數(shù)據(jù)采集通訊平臺,其特征在于:所述機(jī)架是4U、19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱。
【文檔編號】H04L29/08GK204216935SQ201420664158
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】宋杰峰, 章海, 汪子頡, 李時昌, 張曉超 申請人:上海寶鋼工業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司