CN104793539A - 基于脉冲的多节点选通监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于脉冲的多节点选通监测系统，包括由工业计算机、数字I/O卡和数据采集卡组成的测量装置，Ⅰ号线缆一端与测量装置板卡接口相连，另一端与主单元控制盒的Ⅱ号航空插头相连，Ⅱ号线缆一端与主单元控制盒的Ⅰ号航空插头相连，另一端与多个从单元控制盒的Ⅲ号航空插头相连，Ⅲ号线缆一端与从单元控制盒的24针接口相连，另一端连接多个监测的设备。本发明可以对旋转机械的转速及振动参数进行有效测量，测量精度高，转速测量精度达到±0.1Hz，振动参数测量精度达到±1μm；抗干扰能力强，金属壳体，可以有效抑制干扰，使得在干扰严重的现场环境下也可准确测量转速及振动参数；测量响应快、实时性好、经济性好、扩展能力强。

Description

基于脉冲的多节点选通监测系统
技术领域
本发明属于一种旋转机械转速及振动参数监测系统，具体涉及一种基于脉冲的多节点选通监测系统。
背景技术
振动参数作为旋转机械的一项关键参数，可以有效地分析设备的机电性能和物理性能。在工业化应用中对旋转机械进行振动参数监测不仅可以有效地反映当前设备的运行状态，同时也可以对设备进行一定程度的故障诊断，及时发现问题。
现有技术的多节点选通监测系统大多不具备振动参数监测功能，具备振动监测功能的监测系统节点数又较少，且不具备很好的经济性。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种基于脉冲的多节点选通监测系统。
本发明的技术方案是：一种基于脉冲的多节点选通监测系统，包括由工业计算机、数字I/O卡和数据采集卡组成的测量装置，Ⅰ号线缆一端与测量装置板卡接口相连，另一端与主单元控制盒的Ⅱ号航空插头相连，Ⅱ号线缆一端与主单元控制盒的Ⅰ号航空插头相连，另一端与多个从单元控制盒的Ⅲ号航空插头相连，Ⅲ号线缆一端与从单元控制盒的24针接口相连，另一端连接多个监测的设备，所述的主单元控制盒包括容纳主电路板组件、电源模块的主壳体，主壳体上的航空插头、Ⅱ号航空插头与主电路板组件相连，电源插头与电源模块相连，所述的从单元控制盒包括从电路板组件的从壳体、从壳体上的24针接口、Ⅲ号航空插头与从电路板组件相连。
所述的数字I/O卡型号为研华PCI-1730，所述的数据采集卡型号为NI PCI-4461，数字I/O卡、数据采集卡均插在工业计算机的PCI插槽上。
所述的电源模块为220V AC到5V DC的明炜电源模块。
本发明可以对旋转机械的转速及振动参数进行有效测量，测量精度高，转速测量精度达到±0.1Hz，振动参数测量精度达到±1μm；抗干扰能力强，金属壳体，可以有效抑制干扰，使得在干扰严重的现场环境下也可准确测量转速及振动参数；测量响应快、实时性好、经济性好、扩展能力强。
附图说明
图1 是本发明的硬件连接框图；
图2 是本发明中主单元控制盒的结构示意图；
图3 是本发明中从单元控制盒的结构示意图；
图4 是本发明中主电路板组件主控电路示意图；
图5 是本发明中主电路板组件主供电电路示意图；
图6 是本发明中从电路板组件从控电路示意图；
图7 是本发明中从电路板组件从供电电路示意图；
图8 是本发明中多节点选通切换方法的时序图；
图9 是图4中20路模拟通道切换示意图。
     其中：
        1  测量装置          2  主单元控制盒
        3  从单元控制盒      4  Ⅰ号线缆
        5  Ⅱ号线缆          6  Ⅲ号线缆
        7  监测的设备          8  工业计算机
        9  数字I/O卡        10 数据采集卡
        11 主壳体            12 主电路板组件
        13 电源模块          14 Ⅰ号航空插头
        15 Ⅱ号航空插头      16 电源插头
        17 从壳体            18 从电路板组件
        19 24针接口          20 Ⅲ号航空插头
        21 主控芯片          22 主电源芯片
        23 Ⅰ号多路选择芯片  24 Ⅱ号多路选择芯片
        25 可编程逻辑芯片    26 Ⅰ号从电源芯片
        27 Ⅱ号从电源芯片    28 脉冲选通信号
      29 使能信号          30 选通标志位信号
31 时钟信号。
具体实施方式
以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：
如图1~3所示，一种基于脉冲的多节点选通监测系统，包括由工业计算机8、数字I/O卡9和数据采集卡10组成的测量装置1，Ⅰ号线缆4一端与测量装置1板卡接口相连，另一端与主单元控制盒2的Ⅱ号航空插头15相连，Ⅱ号线缆5一端与主单元控制盒2的Ⅰ号航空插头14相连，另一端与多个从单元控制盒3的Ⅲ号航空插头20相连，Ⅲ号线缆6一端与从单元控制盒3的24针接口19相连，另一端连接多个监测的设备7，所述的主单元控制盒2包括容纳主电路板组件12、电源模块13的主壳体11，主壳体11上的航空插头14、Ⅱ号航空插头15与主电路板组件12相连，电源插头16与电源模块13相连，所述的从单元控制盒3包括从电路板组件18的从壳体17、从壳体17上的24针接口19、Ⅲ号航空插头20与从电路板组件18相连。
所述的数字I/O卡9型号为研华PCI-1730，所述的数据采集卡10型号为NI PCI-4461，数字I/O卡9、数据采集卡10均插在工业计算机8的PCI插槽上。
所述的电源模块13为220V AC到5V DC的明炜电源模块。
如图4、5所示，所述的主电路板组件12包括主控电路和主供电电路。主控电路包括数字信号输入端子、数字信号输出端子、脉冲选通信号输出端子、使能信号输出端子、时钟信号输出端子、3.3V电源端子、1.9V电源端子、GND电源地端子、晶振Y、电容C1、C2和主控芯片21。主控芯片21的型号为TMS320F28335。数字信号输入端子与主控芯片21的16脚相连，数字信号输出端子与主控芯片21的17脚相连，脉冲选通信号输出端子与主控芯片21的18脚相连，使能信号输出端子与主控芯片21的19脚相连，时钟信号输出端子与主控芯片21的5脚相连，3.3V电源端子与主控芯片21的VDDIO脚相连，1.9V电源端子与主控芯片21的VDD脚相连，GND电源地端子与主控芯片21的 VSS脚相连，晶振Y的两脚分别与主控芯片21的102脚和主控芯片21的103脚相连，主控芯片21的102脚通过电容C1与GND电源地端子相连，主控芯片21的103脚通过电容C2与GND电源地端子相连。主供电电路包括5V电源端子、3.3V电源端子、1.9V电源端子、GND电源地端子、电容C3、C4、C5、C6和主电源芯片22。所述的主电源芯片22型号为TPS767D。主电源芯片22的3脚、4脚、9脚、10脚均与GND电源地相连，主电源芯片22的5脚、6脚、11脚、12脚都与5V电源端子相连，电容C3一端与主电源芯片22的3脚和4脚相连，另一端与主电源芯片22的5脚和6脚相连，电容C4一端与主电源芯片22的9脚和10脚相连，另一端与主电源芯片22的11脚和12脚相连，主电源芯片22的23脚、24脚与3.3V电源端子相连，并通过电容C5与GND电源地相连，主电源芯片22的17脚、18脚与1.9V电源端子相连，并通过电容C6与GND电源地相连。
如图6、7所示，所述的从电路板组件18包括从控电路（图6）和从供电电路（图7）。从控电路包括模拟信号输入端子、脉冲选通信号输入端子、使能信号输入端子、模拟信号输出端子、AGND模拟地端子、DGND数字地端子、电阻R1、电阻R2、电容C7~C11、Ⅰ号多路选择芯片23、Ⅱ号多路选择芯片24、可编程逻辑芯片25。所述的Ⅰ号多路选择芯片23、Ⅱ号多路选择芯片24型号为ADG426多路选择开关芯片。所述的可编程逻辑芯片25型号为EPM3064ATC44-4。模拟信号输入端子分别通过电阻R1、电阻R2与Ⅰ号多路选择芯片23、Ⅱ号多路选择芯片24相连，并且通过电容C7、电容C8与AGND模拟地端子相连，模拟信号输出端子与Ⅰ号多路选择芯片23、Ⅱ号多路选择芯片24相连，AGND模拟地端子通过电容C9、电容C10分别与Ⅰ号多路选择芯片23、Ⅱ号多路选择芯片24相连，可编程逻辑芯片25与脉冲选通信号输入端子、使能信号输入端子、DGND数字地端子相连。
从供电电路包括3.3V电源端子、5V电源端子、+5V电源端子、-5V电源端子，AGND模拟地端子、GND电源地端子、电容C12~C19、Ⅰ号从电源芯片26、Ⅱ号从电源芯片27。所述的Ⅰ号从电源芯片26型号为IA0505S-1W，Ⅱ号从电源芯片27型号为LM1117。从电源芯片26的1脚与5V电源端子相连，并通过电容C12与GND电源地端子相连，从电源芯片26的2脚与GND电源地端子相连，从电源芯片26的7脚与+5V电源端子相连，并通过电容C13与AGND模拟地端子相连，从电源芯片26的10脚与-5V电源端子相连，并通过电容C14与AGND模拟地端子相连，从电源芯片26的9脚与AGND模拟地端子相连，Ⅱ号从电源芯片27的3脚与5V电源端子相连，并通过电容C15、C16、C17与GND电源地端子相连，Ⅱ号从电源芯片27的2脚与3.3V电源端子相连，并通过电容C18、C19与GND电源地相连，Ⅱ号从电源芯片27的1脚与GND电源地相连，电阻R3一端与AGND模拟地端子相连，另一端与GND电源地端子相连，电阻R4一端与DGND数字地端子相连，另一端与GND电源地相连。
本发明的工作原理及过程：如图8所示，为了精确控制计数始末，决定只用上升沿来控制整个选通过程，这样规避了VHDL的编程规则限制。每当脉冲选通信号28有一个上升沿出现，CPLD即执行一遍计数比较程序，在程序中判断使能信号29的状态：若使能信号29为高电平，则计数器加1，将选通标志位信号30置为低电平；若使能信号29为低电平，则将现在得到的计数器数值与阈值比较，如果不同，将选通标志位信号30置为低电平，如果相同，则将选通标志位信号30置为高电平。这样，如果该从单元被选通，则由CPLD生成的选通标志位信号30，将在20路信号选通区间内保持高电平，其他时间保持低电平，为20路模拟信号的依次选通提供一个类似使能作用的标志信号。图8中最后一行选通标志位信号30即为从单元被选通时生成的标志位信号，可以看到该信号在20路信号选通区间内一直保持高电平。
如图9 所示，每当时钟信号31出现上升沿，CPLD即执行一遍进程中的程序，在程序中判断,选通标志位信号30的状态：若为高电平，则将计数器加1；若为低电平或者超出计数器范围，则将计数器清空。最后利用CASE结构将计数数值与20路模拟通道的地址对应起来，即实现计数到某个数值时开启某通道。
本发明可以对旋转机械的转速及振动参数进行有效测量，测量精度高，转速测量精度达到±0.1Hz，振动参数测量精度达到±1μm；抗干扰能力强，金属壳体，可以有效抑制干扰，使得在干扰严重的现场环境下也可准确测量转速及振动参数；测量响应快、实时性好、经济性好、扩展能力强。

Claims (3)

1.一种基于脉冲的多节点选通监测系统，包括由工业计算机（8）、数字I/O卡（9）和数据采集卡（10）组成的测量装置（1），其特征在于：Ⅰ号线缆（4）一端与测量装置（1）板卡接口相连，另一端与主单元控制盒（2）的Ⅱ号航空插头（15）相连，Ⅱ号线缆（5）一端与主单元控制盒（2）的Ⅰ号航空插头（14）相连，另一端与多个从单元控制盒（3）的Ⅲ号航空插头（20）相连，Ⅲ号线缆（6）一端与从单元控制盒（3）的24针接口（19）相连，另一端连接多个监测的设备（7），所述的主单元控制盒（2）包括容纳主电路板组件（12）、电源模块（13）的主壳体（11），主壳体（11）上的航空插头（14）、Ⅱ号航空插头（15）与主电路板组件（12）相连，电源插头（16）与电源模块（13）相连，所述的从单元控制盒（3）包括从电路板组件（18）的从壳体（17）、从壳体（17）上的24针接口（19）、Ⅲ号航空插头（20）与从电路板组件（18）相连。
2.根据权利要求1所述的基于脉冲的多节点选通监测系统，其特征在于：所述的数字I/O卡（9）型号为研华PCI-1730，所述的数据采集卡（10）型号为NI PCI-4461，数字I/O卡（9）、数据采集卡（10）均插在工业计算机（8）的PCI插槽上。
3.根据权利要求1所述的基于脉冲的多节点选通监测系统，其特征在于：所述的电源模块（13）为220V AC到5V DC的明炜电源模块。
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