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

1、旋轉(zhuǎn)機(jī)械是電力、石油、化工等部門的關(guān)鍵設(shè)備，運(yùn)行過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)一些機(jī)械故障，而一個(gè)小故障，都有可能引起連鎖反應(yīng)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失甚至災(zāi)難性后果。實(shí)施旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷，可以降低事故停機(jī)率，減少維修費(fèi)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(duì)于大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的研究有重要的意義。本論文結(jié)合國(guó)家863項(xiàng)目“超臨界、超超臨界大型汽輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)及其系統(tǒng)研究”(編號(hào)：2008AA

2、04Z410)，研究基于嵌入式系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(kuò)充方便等特點(diǎn)；將現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA(Field Programmable Gate Array)引入到旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)中，實(shí)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(jì)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(diǎn)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(jī)械的狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的意義：分析了國(guó)內(nèi)外典型的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)；結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，研究了其在狀態(tài)監(jiān)測(cè)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?jī)?nèi)容，給出了論文的總體結(jié)構(gòu)。 第二章介紹了旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障及其對(duì)應(yīng)信號(hào)的特征，分析了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的所要采集對(duì)象信號(hào)及其頻域范圍。介紹常用的狀態(tài)測(cè)量參數(shù)，分析了信號(hào)測(cè)量理

4、論對(duì)于數(shù)據(jù)采集的要求，通過(guò)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了幅值譜分析在旋轉(zhuǎn)機(jī)械診斷中的作用。分析了本系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和實(shí)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(duì)大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械多采用電渦流傳感器監(jiān)測(cè)振動(dòng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了振動(dòng)信號(hào)調(diào)理電路。對(duì)三種可實(shí)現(xiàn)濾波器在本系統(tǒng)采集頻域內(nèi)濾波的質(zhì)量進(jìn)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(jì)了基于Max125采集芯片的采集電路；對(duì)兩個(gè)重要芯片ARM和FPGA

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