基于嵌入式系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)機械是電力、石油、化工等部門的關(guān)鍵設(shè)備，運行過程中難免會出現(xiàn)一些機械故障，而一個小故障，都有可能引起連鎖反應(yīng)，造成巨大經(jīng)濟損失甚至災(zāi)難性后果。實施旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)實時監(jiān)測和診斷，可以降低事故停機率，減少維修費用，降低生產(chǎn)成本，是避免事故發(fā)生，保證安全生產(chǎn)的有效手段。因此，對于大型旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的研究有重要的意義。本論文結(jié)合國家863項目“超臨界、超超臨界大型汽輪發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)及其系統(tǒng)研究”(編號：2008AA

2、04Z410)，研究基于嵌入式系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使該系統(tǒng)具有功能齊全、工作可靠、成本低、擴充方便等特點；將現(xiàn)場可編程門陣列FPGA(Field Programmable Gate Array)引入到旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集控制，數(shù)據(jù)緩存及FFT的分析功能模塊；完成了μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)在ARM處理器上的移植工作，設(shè)計基于該操作系統(tǒng)的軟件功能模塊；分析了系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)外部的通信協(xié)議，根據(jù)本系統(tǒng)的特點選擇了

3、SPI與工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議。 全文內(nèi)容如下： 第一章闡述了研究嵌入式旋轉(zhuǎn)機械的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的意義：分析了國內(nèi)外典型的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)缺點；結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的特點，研究了其在狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)特別是在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用。最后結(jié)合課題提出了本論文的研究內(nèi)容，給出了論文的總體結(jié)構(gòu)。 第二章介紹了旋轉(zhuǎn)機械典型故障及其對應(yīng)信號的特征，分析了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的所要采集對象信號及其頻域范圍。介紹常用的狀態(tài)測量參數(shù)，分析了信號測量理

4、論對于數(shù)據(jù)采集的要求，通過實驗說明了幅值譜分析在旋轉(zhuǎn)機械診斷中的作用。分析了本系統(tǒng)的技術(shù)指標和實現(xiàn)的功能需求，提出了基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體構(gòu)架。 第三章針對大型旋轉(zhuǎn)機械多采用電渦流傳感器監(jiān)測振動的特點，設(shè)計了振動信號調(diào)理電路。對三種可實現(xiàn)濾波器在本系統(tǒng)采集頻域內(nèi)濾波的質(zhì)量進行了Matlab仿真和比較，提出了一種基于開關(guān)電容濾波器的抗混疊濾波方法；設(shè)計了基于Max125采集芯片的采集電路；對兩個重要芯片ARM和FPGA

5、進行選型，并對它們的特性在系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了分析。 第四章設(shè)計了FPGA中的各個功能模塊。利用FPGA構(gòu)建PLL(鎖相環(huán))實現(xiàn)整周期采樣控制。分析了數(shù)據(jù)傳輸中異步時鐘解決的方法，在FPGA中設(shè)計了異步FIFO，并進行了時序仿真試驗。介紹并分析了FFT信號處理技術(shù)，設(shè)計實現(xiàn)了FFT分析模塊，詳細介紹CoreFFT核的工作流程和接口含義，并聯(lián)合Matlab和ModelSim對其進了功能驗證。 第五章設(shè)計了軟件功能模塊。完成了