本發(fā)明涉及用于風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)的多通道隔離數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，屬于工業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在電廠中，單一的風(fēng)機(jī)無(wú)法完成整個(gè)需要完成的工作，由多個(gè)風(fēng)機(jī)一起運(yùn)作，并配合主機(jī)才能使電廠處于正常工作的狀態(tài)，這需要每一個(gè)風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)得到保證。風(fēng)機(jī)在正常的工作情況下，出風(fēng)量、風(fēng)壓、輸入功率、輸出功率、風(fēng)機(jī)葉片的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動(dòng)軸的溫度及轉(zhuǎn)動(dòng)軸的震動(dòng)，都保持在穩(wěn)定的范圍之內(nèi)，若是某一部分出了問(wèn)題，比如軸承的溫度過(guò)高，動(dòng)葉卡澀，葉片的旋轉(zhuǎn)速度不均勻，很容易造成嚴(yán)重的后果。這種變化量都是一些微小的變化，人工無(wú)法監(jiān)測(cè)到，只能通過(guò)傳感器進(jìn)行采集并進(jìn)行分析處理。

對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)傳感器數(shù)量多、類型豐富、數(shù)據(jù)量大，由于電力風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境惡劣、多通道之間數(shù)據(jù)傳輸極易產(chǎn)生信號(hào)串?dāng)_。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是為了解決電廠的風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)傳感器數(shù)據(jù)多、數(shù)據(jù)量大，進(jìn)行多通道數(shù)據(jù)采集易產(chǎn)生信號(hào)串?dāng)_的問(wèn)題，提供了一種用于風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)的多通道隔離數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

本發(fā)明所述用于風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)的多通道隔離數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它包括M個(gè)采集板卡、主控板卡和上位計(jì)算機(jī)，M為大于1的整數(shù)；

每個(gè)采集板卡用于采集同一個(gè)風(fēng)機(jī)的N個(gè)傳感器數(shù)據(jù)，N為大于1的整數(shù)，采集板卡對(duì)采集獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，通過(guò)RS485總線以一主多從方式將處理后的數(shù)據(jù)傳輸至主控板卡，主控板卡對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，通過(guò)以太網(wǎng)線以u(píng)IP協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸至上位計(jì)算機(jī)，上位計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，進(jìn)行顯示；

所述M個(gè)采集板卡之間通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置各自的ID。

每個(gè)采集板卡包括N路相同的隔離采集模塊、處理器模塊、485接口模塊和電源模塊；

隔離采集模塊包括信號(hào)調(diào)理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、光耦隔離模塊、隔離電源模塊和基準(zhǔn)電壓源模塊，

N路相同的隔離采集模塊與N個(gè)傳感器一一對(duì)應(yīng)采集傳感器數(shù)據(jù)，信號(hào)調(diào)理模塊對(duì)采集的傳感器模擬電流信號(hào)進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換，獲得模擬電壓信號(hào)；再經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號(hào)，經(jīng)光耦隔離模塊進(jìn)行光電隔離后通過(guò)模擬串口傳輸至處理器模塊；

隔離電源模塊對(duì)電源信號(hào)和地信號(hào)進(jìn)行隔離并為信號(hào)調(diào)理模塊和基準(zhǔn)電壓源模塊提供工作電源；基準(zhǔn)電壓源模塊為AD轉(zhuǎn)換模塊提供基準(zhǔn)5V參考電壓，并為光耦隔離模塊供電；

處理器模塊對(duì)N路信號(hào)進(jìn)行處理后，將數(shù)據(jù)通過(guò)485接口模塊傳輸至RS485總線，與主控板卡通信；

電源模塊為處理器模塊和485接口模塊提供3.3V工作電源；

其中：N路隔離采集模塊之間的信號(hào)隔離、電源隔離與地隔離；每路隔離采集模塊與處理器模塊之間光電隔離、電源隔離與地隔離；485接口模塊自帶磁隔離與電源隔離。

采集板卡在PCB覆銅時(shí)分割為N+2個(gè)區(qū)間，包括：N個(gè)數(shù)據(jù)采集區(qū)間、處理器區(qū)間和RS485區(qū)間，并實(shí)現(xiàn)各區(qū)間的地與地之間的相互完全隔離。

AD轉(zhuǎn)換模塊采用增強(qiáng)型STC15W204S芯片內(nèi)嵌的比較器實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)至數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；AD轉(zhuǎn)換模塊的模擬信號(hào)輸入端為電壓VIN輸入端，AD轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)字信號(hào)輸出端為DATAOUT輸出端；

AD轉(zhuǎn)換模塊的電壓VIN輸入端接收模擬電壓信號(hào)后通過(guò)RC低通濾波，進(jìn)入所述STC15W204S芯片的比較器的正輸入端CMP+，經(jīng)過(guò)比較，產(chǎn)生中斷，將結(jié)果輸出到比較器的INT1端，再通過(guò)RC濾波后送入比較器的負(fù)輸入端CMP-，跟所述模擬電壓信號(hào)平衡；最后經(jīng)DATAOUT輸出端輸出數(shù)字信號(hào)；

預(yù)設(shè)定AD轉(zhuǎn)換模塊的計(jì)數(shù)周期和比較結(jié)果高電平的計(jì)數(shù)值；當(dāng)比較器的比較結(jié)果為高電平，則輸出1，并且計(jì)數(shù)值加1；當(dāng)比較結(jié)果為低電平，則輸出0，計(jì)數(shù)值維持前次比較結(jié)果不變；每一次比較都判斷計(jì)數(shù)周期是否完成，完成則當(dāng)前計(jì)數(shù)值為ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果。

主控板卡包括主處理器模塊、主電源模塊、主485接口模塊和以太網(wǎng)接口模塊，

來(lái)自RS485總線上的數(shù)據(jù)通過(guò)主485接口模塊傳輸至主處理器模塊，主處理器模塊對(duì)M個(gè)采集板卡的多通道采集數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理，將處理數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)接口模塊以差分信號(hào)的形式傳輸至以太網(wǎng)線，再與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；主電源模塊用于為主處理器模塊提供工作電源。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明采集板卡上多路采集模塊之間實(shí)現(xiàn)完全的電源隔離與信號(hào)隔離。它在多處理器協(xié)調(diào)技術(shù)下對(duì)多個(gè)風(fēng)機(jī)的多路傳感器信號(hào)進(jìn)行集中采集和處理，通道間完全隔離，具有高可靠性、高實(shí)時(shí)性和高采樣精度的優(yōu)點(diǎn)，尤其針對(duì)于風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)，有效避免了信號(hào)之間相互的干擾。本發(fā)明可實(shí)時(shí)采集處理來(lái)自多通道的大量數(shù)據(jù)，多采集通道之間完全隔離，抗干擾性極強(qiáng)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所述用于風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)的多通道隔離數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的整體框圖；

圖2是采集板卡的原理框圖；

圖3是AD轉(zhuǎn)換模塊的電路圖；

圖4是主控板卡的原理框圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：下面結(jié)合圖1至圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述用于風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)的多通道隔離數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它包括M個(gè)采集板卡1、主控板卡2和上位計(jì)算機(jī)3，M為大于1的整數(shù)；

每個(gè)采集板卡1用于采集同一個(gè)風(fēng)機(jī)的N個(gè)傳感器數(shù)據(jù)，N為大于1的整數(shù)，采集板卡1對(duì)采集獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，通過(guò)RS485總線以一主多從方式將處理后的數(shù)據(jù)傳輸至主控板卡2，主控板卡2對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，通過(guò)以太網(wǎng)線以u(píng)IP協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸至上位計(jì)算機(jī)3，上位計(jì)算機(jī)3對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，進(jìn)行顯示；

所述M個(gè)采集板卡1之間通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置各自的ID。

每個(gè)采集板卡1包括N路相同的隔離采集模塊1-1、處理器模塊1-2、485接口模塊1-3和電源模塊1-4；

隔離采集模塊1-1包括信號(hào)調(diào)理模塊1-11、AD轉(zhuǎn)換模塊1-12、光耦隔離模塊1-13、隔離電源模塊1-14和基準(zhǔn)電壓源模塊1-15，

N路相同的隔離采集模塊1-1與N個(gè)傳感器一一對(duì)應(yīng)采集傳感器數(shù)據(jù)，信號(hào)調(diào)理模塊1-11對(duì)采集的傳感器模擬電流信號(hào)進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換，獲得模擬電壓信號(hào)；再經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊1-12進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號(hào)，經(jīng)光耦隔離模塊1-13進(jìn)行光電隔離后通過(guò)模擬串口傳輸至處理器模塊1-2；

隔離電源模塊1-14對(duì)電源信號(hào)和地信號(hào)進(jìn)行隔離并為信號(hào)調(diào)理模塊1-11和基準(zhǔn)電壓源模塊1-15提供工作電源；基準(zhǔn)電壓源模塊1-15為AD轉(zhuǎn)換模塊1-12提供基準(zhǔn)5V參考電壓，并為光耦隔離模塊1-13供電；

處理器模塊1-2對(duì)N路信號(hào)進(jìn)行處理后，將數(shù)據(jù)通過(guò)485接口模塊1-3傳輸至RS485總線，與主控板卡2通信；

電源模塊1-4為處理器模塊1-2和485接口模塊1-3提供3.3V工作電源；

其中：N路隔離采集模塊1-1之間的信號(hào)隔離、電源隔離與地隔離；每路隔離采集模塊1-1與處理器模塊1-2之間光電隔離、電源隔離與地隔離；485接口模塊1-3自帶磁隔離與電源隔離。

采集板卡1在PCB覆銅時(shí)分割為N+2個(gè)區(qū)間，包括：N個(gè)數(shù)據(jù)采集區(qū)間、處理器區(qū)間和RS485區(qū)間，并實(shí)現(xiàn)各區(qū)間的地與地之間的相互完全隔離。

AD轉(zhuǎn)換模塊1-12采用增強(qiáng)型STC15W204S芯片內(nèi)嵌的比較器實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)至數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；AD轉(zhuǎn)換模塊1-12的模擬信號(hào)輸入端為電壓VIN輸入端，AD轉(zhuǎn)換模塊1-12的數(shù)字信號(hào)輸出端為DATAOUT輸出端；

AD轉(zhuǎn)換模塊1-12的電壓VIN輸入端接收模擬電壓信號(hào)后通過(guò)RC低通濾波，進(jìn)入所述STC15W204S芯片的比較器的正輸入端CMP+，經(jīng)過(guò)比較，產(chǎn)生中斷，將結(jié)果輸出到比較器的INT1端，再通過(guò)RC濾波后送入比較器的負(fù)輸入端CMP-，跟所述模擬電壓信號(hào)平衡；最后經(jīng)DATAOUT輸出端輸出數(shù)字信號(hào)；

預(yù)設(shè)定AD轉(zhuǎn)換模塊1-12的計(jì)數(shù)周期和比較結(jié)果高電平的計(jì)數(shù)值；當(dāng)比較器的比較結(jié)果為高電平，則輸出1，并且計(jì)數(shù)值加1；當(dāng)比較結(jié)果為低電平，則輸出0，計(jì)數(shù)值維持前次比較結(jié)果不變；每一次比較都判斷計(jì)數(shù)周期是否完成，完成則當(dāng)前計(jì)數(shù)值為ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果。

主控板卡2包括主處理器模塊2-1、主電源模塊2-2、主485接口模塊2-3和以太網(wǎng)接口模塊2-4，

來(lái)自RS485總線上的數(shù)據(jù)通過(guò)主485接口模塊2-3傳輸至主處理器模塊2-1，主處理器模塊2-1對(duì)M個(gè)采集板卡1的多通道采集數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理，將處理數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)接口模塊2-4以差分信號(hào)的形式傳輸至以太網(wǎng)線，再與上位計(jì)算機(jī)3進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；主電源模塊2-2用于為主處理器模塊2-1提供工作電源。

本發(fā)明系統(tǒng)對(duì)風(fēng)機(jī)的監(jiān)測(cè)主要為風(fēng)機(jī)進(jìn)出口溫度、壓力、前后軸承溫度、軸承振動(dòng)以及執(zhí)行器開(kāi)度傳感器信號(hào)。其中采集板卡應(yīng)用了多處理器協(xié)調(diào)技術(shù)，N路隔離采集模塊1-1與處理器模塊1-2之間通過(guò)模擬串口相連，不受串口數(shù)量限制；485接口模塊的主體芯片為ADM2587E，自帶磁隔離與電源隔離。

AD轉(zhuǎn)換模塊1-12的參考電壓由基準(zhǔn)電壓源模塊1-15提供，精度高；隔離電源模塊用于實(shí)現(xiàn)每路采集模塊與外接電源的電源隔離與地隔離；光耦隔離模塊用于實(shí)現(xiàn)每路采集模塊與處理器模塊的光電隔離。采集板卡1在PCB覆銅時(shí)分割區(qū)間，實(shí)現(xiàn)了地與地之間的相互完全的隔離，有效地降低了各部分之間的相互干擾。

主控板卡2和上位計(jì)算機(jī)3之間通過(guò)以太網(wǎng)線相連，傳輸速率高、抗干擾性強(qiáng)。

本發(fā)明工作的具體過(guò)程為：每個(gè)風(fēng)機(jī)的多個(gè)傳感器模擬電流信號(hào)通過(guò)采集板卡上的N路隔離采集模塊進(jìn)行隔離采集并轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)模擬串口傳輸至子板上的處理器模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；多個(gè)采集板卡再通過(guò)各自的485接口模塊將處理后的數(shù)據(jù)傳輸至主控板卡上的處理器模塊進(jìn)行集中處理；然后通過(guò)以太網(wǎng)接口模塊傳輸至上位機(jī)。

采集板卡的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，N路隔離采集模塊1-1對(duì)每個(gè)風(fēng)機(jī)的N個(gè)傳感器模擬電流信號(hào)進(jìn)行隔離與采集，將其轉(zhuǎn)換為N路數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)N路高速模擬串口傳輸至處理器模塊1-2，由處理器模塊1-2對(duì)N路信號(hào)進(jìn)行處理后將數(shù)據(jù)通過(guò)485接口模塊1-3傳輸至RS485總線，從而與主控板卡通信。

AD轉(zhuǎn)換模塊中對(duì)計(jì)數(shù)值的設(shè)置需嚴(yán)格比例于輸入電壓。對(duì)最終輸出的計(jì)數(shù)值結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算即可得到實(shí)際采集的電壓信號(hào)值。