CN208223630U - 一种设备振动监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种设备振动监测装置，包括电源插件、CPU插件、DSP插件、振动信号输入插件、键相信号输入插件、智能I/O插件和信号输出插件；CPU插件，DSP插件、振动信号输入插件、键相信号输入插件、智能I/O插件和信号输出插件之间通过总线连接；CPU插件包含微处理器CPU芯片、以太网控制器和物理层芯片，智能I/O插件包括开关量输入插件和开关量输出插件，振动信号输入插件和键相信号输入插件均包括模拟量输入端口，电源插件为装置供电。本实用新型通过对键相信号的采集，实现了振动信号的整周期采样，为后续对振动信号进行频谱分析、查找设备故障原因提供了可靠保障。

Description

一种设备振动监测装置

技术领域

本发明属于振动监测技术领域，具体涉及一种设备振动监测装置。

背景技术

设备的振动监测可以有效的减少非计划检修，增加设备运行时间和延缓设备寿命，设备的振动监测依赖于对振动信号的分析，其频谱分析可以有效的提取故障信息，是现场进行振动监测的重要手段。由于设备的机械旋转频率可能会在一个较大的频率范围内变化，采用固定采样频率在频谱分析时会产生频谱泄漏，给故障排查带来困难，因此需要对振动信号进行整周期采样。不同的应用场合监测的振动信号类型不同，可能是位移信号，速度信号和加速度信号的一种，而配合这监测三种信号的传感器的需要不同的外围电路，因此需要对应功能的监测设备对不同信号进行监测。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种设备振动监测装置，通过硬件实现振动信号的整周期采样，同时振动信号采集插件可以匹配位移传感器、速度传感器和加速度传感器等的振动信号输入，可就地安装。

为解决现有技术问题，本发明公开了一种设备振动监测装置，包括壳体、电源插件、CPU插件、DSP插件、振动信号输入插件、键相信号输入插件、智能I/O插件和信号输出插件；CPU插件，DSP插件、振动信号输入插件、键相信号输入插件、智能I/O插件和信号输出插件均设置于壳体中并且通过总线连接；

振动信号输入插件具有适配位移传感器的位移信号采样电路、适配速度传感器的速度信号采样电路和适配加速度传感器的加速度信号采样电路，位移信号采样电路、速度信号采样电路和加速度信号采样电路能够分别对位移信号、速度信号和加速度信号进行调理并将调理后的信号接入DSP插件；振动信号输入插件通过跳线分别连接位移传感器、速度传感器和加速度传感器，电源插件为装置供电。

作为优选方案，CPU插件包含微处理器CPU芯片、以太网控制器和物理层芯片，智能I/O插件包括开关量输入插件和开关量输出插件，振动信号输入插件和键相信号输入插件均包括模拟量输入端口；智能I/O插件将采集的数据通过总线传输至CPU插件，实现I/O数据采集；振动信号输入插件和键相信号输入插件将信号接入DSP插件，其运算结果通过总线传输至CPU插件；CPU插件的运算结果经总线传输至智能I/O插件的开关量输出插件以便于输出至外部设备；

以太网控制器和CPU插件的物理层芯片通过网络连接到上位机，以太网控制器将解析的报文连接送给CPU插件的物理层芯片，CPU插件的物理层芯片处理报文数据请求，将结果经以太网控制器反馈回上位机。

作为优选方案，键相信号输入插件具有实现键相信号预处理的调理电路。

作为优选方案，DSP插件具有能够根据键相信号的整周期采样电路。

作为优选方案，整周期采样电路包括FPGA模块和ADC采样模块；

FPGA模块的输入端连接一调理电路的输出端，FPGA模块的输出端连接ADC采样模块的一个输入端，ADC采样模块的另一个输入端连接另一调理电路的输出端，FPGA模块的输出端输出整周期采样振动信号。

作为优选方案，FPGA模块具有FPGA芯片，ADC采样模块具有ADC芯片。

作为优选方案，还包括人机接口插件，人机接口插件与CPU插件的串口相连。

作为优选方案，人机接口插件包含显示屏和按键。

作为优选方案，壳体具有若干适配不同插件的插槽，通过插拔方式实现相应插件的连接固定。

本发明具有的有益效果：

1．通过对键相信号的采集，实现了振动信号的整周期采样，为后续对振动信号进行频谱分析、查找设备故障原因提供了可靠保障。

2．装置通过不同的采样电路可以兼容位移传感器、速度传感器和加速度传感器信号，通过跳线来识别，减少了振动信号输入插件的类型，适应各种不同场合下设备振动监测的需求。

3．根据实际采集振动信号、键相信号的数量和类型，可灵活配置板卡数量及种类，并根据不同的设备控制要求，进行灵活的控制逻辑组态，适应各种不同场合下设备振动监测的需求。

附图说明

图1为本实用新型的系统壳体背板端子分布图；

图2为本实用新型的系统原理框图；

图3为本实用新型的振动信号同步采样原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种设备振动监测装置，包括壳体、电源插件、CPU插件、DSP插件、振动信号输入插件、键相信号输入插件、智能I/O插件和信号输出插件；CPU插件，DSP插件、振动信号输入插件、键相信号输入插件、智能I/O插件和信号输出插件均设置于壳体中并且通过总线连接。

如图1所示，壳体配置有B00～B15共16个供相应插件固定的插槽，通过插拔连接对其进行固定，其具体分配如下：

B00：电源插件；

B01：CPU插件提供最多四路以太网口(两路光纤以太网、两路双绞线以太网)，串行打印口；

B02：DSP插件，负责控制同步采样和对输入模拟量进行计算和逻辑判别；

B03～B05：振动信号输入插件，负责振动信号的预处理，处理后的数据用于AD采样；

B06：键相信号输入插件，负责键相信号的预处理，处理后的数据被FPGA采集，用于控制整周期采样；

B07～B08：智能I/O插件，可以根据实际应用要求，选用不同类型和数量的IO插件；

B09～B15：备用。

插件插槽B03～B15分别采集现场设备的振动信号（AI）、键相信号（AI）、开关量输入（DI）信号，并输出开关量输出（DO）信号到现场设备进行控制。

如图2所示，CPU插件、DSP插件、振动信号输入插件、键相信号输入插件、智能I/O插件和信号输出插件之间通过总线连接。

振动信号输入插件具有适配位移传感器的位移信号采样电路、适配速度传感器的速度信号采样电路和适配加速度传感器的加速度信号采样电路，位移信号采样电路、速度信号采样电路和加速度信号采样电路不仅用于对位移信号、速度信号和加速度信号分别进行调理并将调理后的信号接入DSP插件，同时还对位移传感器和加速度传感器提供相应的工作电压。振动信号输入插件通过跳线分别连接位移传感器、速度传感器和加速度传感器，通过跳线的选择实现不同传感器的识别。位移信号采样电路、速度信号采样电路和加速度信号采样电路均为现有电路，本发明将三个电路集成于同一个装置中实现对三种信号的采集和调理处理，具体电路连接不做具体描述。

CPU插件包含微处理器CPU芯片、以太网控制器和物理层芯片，智能I/O插件包括开关量输入插件和开关量输出插件，振动信号输入插件和键相信号输入插件均包括模拟量输入端口，电源插件为装置供电。通过人机接口插件实现对装置的人工操作，监控后台通过CPU插件的以太网口与装置相连，实现测控一体化。人机接口插件包含显示屏和按键，通过按键可直接下达控制指令，通过显示屏可直接显示检测信息。

智能I/O插件将采集的数据通过总线传输至CPU插件，实现I/O数据采集。智能I/O插件配置有多个自定义智能I/O插件槽位，可通过可视化的配置，提供多种自定义I/O插件组合，任一槽位可配置或不配置I/O插件。为同时支持不同应用场合的需要，可以配置不同数量的振动信号插件。

装置还配有以太网通信(100Mbps、超五类线或光纤通信)接口，可接入站控层网络，实现装置描述的远方查看、装置配置的远方查看、控制定值远方查看修改功能。装置输入输出信号的远方查看、装置运行状态（包括动作元件的状态、运行告警和装置自检信息）的远方查看。

振动信号输入插件和键相信号输入插件将信号接入DSP插件，其运算结果通过总线传输至CPU插件；CPU插件的运算结果经总线传输至智能I/O插件的开关量输出插件。

以太网控制器和CPU插件的物理层芯片通过网络连接到上位机，以太网控制器将解析的报文连接送给CPU插件的物理层芯片，CPU插件的物理层芯片处理报文数据请求，将结果经以太网控制器反馈回上位机，实现装置与上位机之间的通信。

键相信号输入插件具有实现键相信号预处理的调理电路，该调理电路为现有电路故不作具体描述。

如图3所示，DSP插件具有能够根据键相信号的整周期采样电路。整周期采样电路包括FPGA模块和ADC采样模块；FPGA模块的输入端连接一调理电路的输出端，FPGA模块的输出端连接ADC采样模块的一个输入端，ADC采样模块的另一个输入端连接另一调理电路的输出端，FPGA模块的输出端输出整周期采样振动信号。在设备机械旋转频率在大范围变化的过程中，FPGA模块实时采集经过调理电路处理后的键相数据，通过内部逻辑判断生成ADC采样模块同步采样控制信号，保证在每个机械旋转周期中采集的振动信号点数相同，为后续进行振动信号的频谱分析和故障诊断做好准备。

FPGA模块具有FPGA芯片，ADC采样模块具有ADC芯片。

该监测装置在现场工程应用中，根据需要保护和控制设备的种类、数量，确定需要的I/O插件数量，并选用相关插件，确定装置的硬件配置。然后通过可视化的硬件组态工具，配置装置的硬件组成。硬件配置结束后，根据被控对象保护控制逻辑的要求，通过可视化的软件组态，确定装置的保护和控制逻辑。

综上所述，本发明提供了一种能够快速配置完成硬件连接以实现不同类型信号采集检测的方案，能够适应各种不同场合下设备振动监测的需求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种设备振动监测装置，其特征在于：包括壳体、电源插件、CPU插件、DSP插件、振动信号输入插件、键相信号输入插件、智能I/O插件和信号输出插件；所述CPU插件，DSP插件、振动信号输入插件、键相信号输入插件、智能I/O插件和信号输出插件均设置于所述壳体中并且通过总线连接；

所述振动信号输入插件具有适配位移传感器的位移信号采样电路、适配速度传感器的速度信号采样电路和适配加速度传感器的加速度信号采样电路，所述位移信号采样电路、速度信号采样电路和所述加速度信号采样电路能够分别对位移信号、速度信号和加速度信号进行调理并将调理后的信号接入所述DSP插件；所述振动信号输入插件通过跳线分别连接位移传感器、速度传感器和加速度传感器，所述电源插件为装置供电。

2.根据权利要求1所述的设备振动监测装置，其特征在于：所述CPU插件包含微处理器CPU芯片、以太网控制器和物理层芯片，所述智能I/O插件包括开关量输入插件和开关量输出插件，所述振动信号输入插件和所述键相信号输入插件均包括模拟量输入端口；所述智能I/O插件将采集的数据通过所述总线传输至所述CPU插件，实现I/O数据采集；所述振动信号输入插件和所述键相信号输入插件将信号接入DSP插件，其运算结果通过所述总线传输至所述CPU插件；所述CPU插件的运算结果经所述总线传输至所述智能I/O插件的开关量输出插件以便于输出至外部设备；

所述以太网控制器和所述CPU插件的物理层芯片通过网络连接到上位机，所述以太网控制器将解析的报文连接送给所述CPU插件的物理层芯片，所述CPU插件的物理层芯片处理报文数据请求，将结果经所述以太网控制器反馈回所述上位机。

3.根据权利要求2所述的设备振动监测装置，其特征在于：所述键相信号输入插件具有实现键相信号预处理的调理电路。

4.根据权利要求3所述的设备振动监测装置，其特征在于：所述DSP插件具有能够根据键相信号的整周期采样电路。

5.根据权利要求4所述的设备振动监测装置，其特征在于：所述整周期采样电路包括FPGA模块和ADC采样模块；

所述FPGA模块的输入端连接一调理电路的输出端，所述FPGA模块的输出端连接所述ADC采样模块的一个输入端，所述ADC采样模块的另一个输入端连接另一调理电路的输出端，所述FPGA模块的输出端输出整周期采样振动信号。

6.根据权利要求5所述的设备振动监测装置，其特征在于：所述FPGA模块具有FPGA芯片，所述ADC采样模块具有ADC芯片。

7.根据权利要求1至6任一所述的设备振动监测装置，其特征在于：还包括人机接口插件，所述人机接口插件与所述CPU插件的串口相连。

8.根据权利要求7所述的设备振动监测装置，其特征在于：所述人机接口插件包含显示屏和按键。

9.根据权利要求1所述的设备振动监测装置，其特征在于：所述壳体具有若干适配不同插件的插槽，通过插拔方式实现相应插件的连接固定。