CN205281254U - 一种用于故障诊断系统的多通道数据采集卡 - Google Patents

Abstract

本实用新型设计了一种用于故障诊断系统的多通道数据采集卡，包括8块8通道振动信号调理采集板、3块8通道过程量信号调理采集板、处理底板及电源滤波板，所述处理底板分别与8通道振动信号调理采集板、8通道过程量信号调理采集板及电源滤波板导通，所述8通道振动信号调理采集板及8通道过程量信号调理采集板以并行方式与处理底板导通。本实用新型可采集多路键相、振动、过程和扭角等信号，系统集成度高。本实用新型中以模块化的设计有助于针对不同的现场应用，灵活组合采集板，从而增加系统的适用性。在实用新型中采用以太网接口与PC机连接，不仅可以实现高速传输，也有利于扩展多张板卡。

Description

一种用于故障诊断系统的多通道数据采集卡

技术领域：

本实用新型涉及数据采集领域，尤其涉及一种用于故障诊断系统的多通道数据采集卡。

背景技术：

故障诊断技术是了解和掌握设备机组的运行状态，识别设备机组的异常表现，早期发现设备机组潜在故障并预报故障发展趋势的技术。通过对设备机组进行状态监测和故障诊断，可以确定合理的检修时间和方案，达到减少事故停机损失、提高设备机组运行的可靠性、降低维修费用的目的，是解决复杂系统的安全性、可靠性、维修决策的科学性等问题的关键性技术。

一般情况下设备机组涉及的信号有键相、振动、过程和扭角等，故障诊断的前提首先需要对设备机组中的这些运行状态信号进行采集。然而随着现代电子技术，如高速运放、磁耦合、FPGA和DSP等新技术的发展，如何运用这些新技术提高设备状态信号采集记录的可靠性、抗干扰性以及系统集成度是近几年故障诊断技术新的研究方向。

目前的信号采集方案大多是采用PC工控机的全长主板安装PCI信号采集卡来实现的，PC的配置是酷睿2双核2.4GHz，4GB内存，采用WindowsXP操作系统。但是这个硬件配置相对较高，且酷睿2处理器本身不是针对嵌入式，低功耗系统设计的。大多数工控主板生产厂家都没有采用酷睿2处理器的ETX模块、PC104模块或者COM模块等嵌入式x86模块，这样就无法将现有的PC平台完全移植或集成到多通道采集卡里。

实用新型内容：

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于ARM和FPGA控制的多通道数据采集的方案，确保系统高度集成的同时，提高信号采集的可靠性的技术方案：

一种用于故障诊断系统的多通道数据采集卡，包括8块8通道振动信号调理采集板、3块8通道过程量信号调理采集板、处理底板及电源滤波板，所述处理底板分别与8通道振动信号调理采集板、8通道过程量信号调理采集板及电源滤波板导通，所述8通道振动信号调理采集板及8通道过程量信号调理采集板以并行方式与处理底板导通。

作为优选，处理底板上设置有可编程逻辑器件FPGA、中央处理器ARM9及PHY器件DM9161，可编程逻辑器件FPGA接收8通道振动信号调理采集板及8通道过程量信号调理采集板传递的外部多路模拟信号后，将采集到的数据排成固定格式，通过中断通知中央处理器ARM9进行读取，所述中央处理器ARM9通过外部的EBI1总线读取相关数据，中央处理器ARM9将读取的采样数据，转换成IP包，通过PHY器件DM9161传到工业以太网，经过交换机转到PC工控机。

作为优选，中央处理器ARM9通过UART接口，扩展RS485收发器和现场DCS系统进行通信。

作为优选，EBI1总线数据位宽16bit，可配置时钟133MHz，数据传输不存在瓶颈。

作为优选，电源滤波板对OpenFramer电源输出的+12V供电进行滤波。

本实用新型的有益效果在于：

（1）本实用新型可采集多路键相、振动、过程和扭角等信号，系统集成度高。

（2）本实用新型中以模块化的设计有助于针对不同的现场应用，灵活组合采集板，从而增加系统的适用性。

（3）在实用新型中采用以太网接口与PC机连接，不仅可以实现高速传输，也有利于扩展多张板卡。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型采集系统组成框图。

具体实施方式：

为使本实用新型的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。

如图1，图2所示，本实用新型设计了一种用于故障诊断系统的多通道数据采集卡，包括8块8通道振动信号调理采集板1、3块8通道过程量信号调理采集板2、处理底板3及电源滤波板4，处理底板3分别与8通道振动信号调理采集板1、8通道过程量信号调理采集板2及电源滤波板4导通，8通道振动信号调理采集板1及8通道过程量信号调理采集板2以并行方式与处理底板3导通。

其中的处理底板3上设置有可编程逻辑器件FPGA5、中央处理器ARM96及PHY器件DM91617，可编程逻辑器件FPGA5接收8通道振动信号调理采集板1及8通道过程量信号调理采集板2传递的外部多路模拟信号后，将采集到的数据排成固定格式，通过中断通知中央处理器ARM96进行读取，中央处理器ARM96通过外部的EBI1总线8读取相关数据，中央处理器ARM96将读取的采样数据，转换成IP包，通过PHY器件DM91617传到工业以太网，经过交换机转到PC工控机9。中央处理器ARM96通过UART接口，扩展RS485收发器和现场DCS系统进行通信。EBI1总线8数据位宽16bit，可配置时钟133MHz，数据传输不存在瓶颈。

8通道振动信号调理采集板1：完成8路振动信号的输入，模拟调理和AD功能。采用扣板的形式安装在数字底板上，扣板接插件选用2.54mm的双排针。在PCB的两端布置，一端负责模拟信号输入，另外一端则是数字输出和电源供电接口。对于大的设备机组，需要64路振动信号的采集，可以安装8块采集板，小的设备机组，需要16路振动信号的采集，可以仅安装2块采集板。

8通道过程量信号调理采集板2：负责8路过程量信号的输入，调理和AD功能，同样采用扣板的形式装在数字底板上，扣板接插件选用2.54mm的双排针。对于现场需要24路过程量信号的采集，可以安装3块扣板。

于此同时，电源滤波板4对OpenFramer电源输出的+12V供电进行滤波。多通道采集卡支持4路键相信号，64路振动信号、24路过程量信号和4路扭角信号的输入，整个系统输入路数较多，信号调理电路较庞大，而且振动信号和过程量信号都需要进行AD采样转化。为提高系统的适用性，降低硬件设计风险，提高一次性成功率，采用模块化设计。

FPGA逻辑实现如下基本功能：

（1）对键相信号进行捕捉，测量脉冲频率，输出整形后的键相脉冲到同步触发单元。

（2）同步触发单元根据软件触发源的选择，对8个AD芯片分别选择不同的触发源。触发AD进行采样。

（3）对振动信号的调理电路进行选择，选择前端处理、增益放大和滤波处理。

（4）接收振动信号AD的数据、过程信号AD的数据进行缓存，按照固定的格式存入BlockRAM。

（5）对扭角信号捕捉计算频率，将扭角信号的频率依次存入BlockRAM。

（6）控制寄存器允许软件的读写操作，软件通过读写寄存器间接对模拟电路，采样电路进行控制。触发CPU中断，通知CPU读取BlockRAM。输出继电器控制信号，控制继电器触点打开和关闭。

中央处理器ARM9需要完成如下功能：

（1）通过EBI1总线和FPGA进行交互，控制FPGA内部寄存器，间接控制硬件采样和多通道同步。

（2）响应FPGA的定时中断，例如10ms中断。按照固定格式以DMA方式从FPGA读取采样数据。DMA方式减少CPU的干预和CPU指令周期的占用，通过DMA控制器直接将FPGA采样数据读到ARM9处理器的内存空间。

（3）Linux环境下以太网协议栈的移植，通过以太网和PC机进行数据传输。

本实用新型可采集多路键相、振动、过程和扭角等信号，系统集成度高。模块化的设计有助于针对不同的现场应用，灵活组合采集板，从而增加系统的适用性。采用以太网接口与PC机连接，不仅可以实现高速传输，也有利于扩展多张板卡。

上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于故障诊断系统的多通道数据采集卡，其特征在于：包括8块8通道振动信号调理采集板、3块8通道过程量信号调理采集板、处理底板及电源滤波板，所述处理底板分别与8通道振动信号调理采集板、8通道过程量信号调理采集板及电源滤波板导通，所述8通道振动信号调理采集板及8通道过程量信号调理采集板以并行方式与处理底板导通。

2.根据权利要求1所述的一种用于故障诊断系统的多通道数据采集卡，其特征在于：所述处理底板上设置有可编程逻辑器件FPGA、中央处理器ARM9及PHY器件DM9161，所述可编程逻辑器件FPGA接收8通道振动信号调理采集板及8通道过程量信号调理采集板传递的外部多路模拟信号后，将采集到的数据排成固定格式，通过中断通知中央处理器ARM9进行读取，所述中央处理器ARM9通过外部的EBI1总线读取相关数据，中央处理器ARM9将读取的采样数据，转换成IP包，通过PHY器件DM9161传到工业以太网，经过交换机转到PC工控机。

3.根据权利要求2所述的一种用于故障诊断系统的多通道数据采集卡，其特征在于：所述中央处理器ARM9通过UART接口，扩展RS485收发器和现场DCS系统进行通信。

4.根据权利要求2所述的一种用于故障诊断系统的多通道数据采集卡，其特征在于：所述EBI1总线数据位宽16bit，可配置时钟133MHz，数据传输不存在瓶颈。

5.根据权利要求1所述的一种用于故障诊断系统的多通道数据采集卡，其特征在于：所述电源滤波板对OpenFramer电源输出的+12V供电进行滤波。