軸承實時監(jiān)測系統(tǒng)

　　對于位移信號和轉(zhuǎn)速信號選擇NI 9239 采集卡，NI 9239 模塊包括4 條同步采樣的模擬輸入通道，每通道是24 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)速傳感器給出的是脈沖信號，我們把它當(dāng)作模擬信號采集后在FPGA 上提取轉(zhuǎn)速/ 周期信號。

　　傳感器和信號采集卡如表 1所示：　　

　　在采集的同時，程序還對各路信號進行監(jiān)測和分析，當(dāng)某信號超過閾值，系統(tǒng)會有預(yù)警信息，我們通過NI 9474 的DO通道控制報警燈閃滅來實現(xiàn)。

　　控制器選擇和機箱分別選擇NI 9014 和NI 9103。NI cRIO-9014 嵌入式實時控制器具有一個400 MHz Freescale MPC5200 的工業(yè)實時處理器，實現(xiàn)信號處理、網(wǎng)絡(luò)通信、文件管理等確定可靠的實時應(yīng)用。目前系統(tǒng)需要3個采集模塊，我們使用NI 9103 四槽機箱。實際的機器狀態(tài)監(jiān)控平臺可能還需要壓力、溫度、應(yīng)變，如果采集模塊增加，還可以選擇8 槽的9104 機箱。

　　3. 系統(tǒng)的軟件架構(gòu)

　　整個系統(tǒng)的軟件由三部分組成，如圖 3所示。運行在FPGA芯片的程序負責(zé)數(shù)據(jù)采集和高速信號處理，并對分析結(jié)果進行判斷預(yù)警。實時控制器上的程序負責(zé)把數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送到人機界面，同時接收人機界面送過來的指令。人機界面運行在一臺手持的PDA 設(shè)備上。　　

 

　　運行在FPGA上的程序承擔(dān)了所有的采集和信號處理工作，F(xiàn)PGA 程序控制各個采集模塊，獲得精確同步的采集振動、位移和轉(zhuǎn)速計的信號。然后進行信號處理的工作。首先FPGA 從轉(zhuǎn)速計的方波信號中提取轉(zhuǎn)速/ 周期信息，再基于轉(zhuǎn)速/ 周期數(shù)據(jù)進行高速的重采樣處理，把振動和位移信號從等時間間隔采樣變換為每個周期內(nèi)等間隔采樣。接著對振動信號做階次變換和進一步的分析處理， FPGA同時對位移信號做軸偏的分析、所有信號的時域分析，計算有效值、直流分量等，并對一些振動、位移信號做門限判斷，通過DIO 控制LED燈指示正常狀態(tài)或者報警。此外，運行于FPGA上的程序還會把處理過程中的中間結(jié)果和最終數(shù)據(jù)通過DMA 通道發(fā)送到實時控制器上。

　　運行在實時控制器上的程序把FPGA 送上來的數(shù)據(jù)通過TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給PDA。PDA運行的人機界面程序會根據(jù)用戶對控件的點擊顯示不同的處理結(jié)果，用戶可以看到瀑布圖、軸心偏移軌跡、階次圖、倍頻值等數(shù)據(jù)。另外這個監(jiān)控系統(tǒng)還有一個短信通知功能，控制器通過串口控制GSM Modem，Modem中有一張普通的SIM卡，控制器通過串口指令可以把監(jiān)控數(shù)據(jù)、狀態(tài)或者報警信息通過短消息的方式發(fā)送到手機上。用戶可以通過PDA 的用戶界面來指定發(fā)送內(nèi)容、時間和目標(biāo)手機。此外，還可以通過GSM Modem撥號上網(wǎng)，把NI CompactRIO 系統(tǒng)接入Internet，即使沒有網(wǎng)線，網(wǎng)絡(luò)上任意一臺設(shè)備也可以建立與NI CompactRIO 的數(shù)據(jù)連接。

　　系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果

　　這套以NI CompactRIO為核心的機器狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，首先，具有高速數(shù)據(jù)采集處理的能力，保證了監(jiān)控系統(tǒng)的實時性，對于危險狀態(tài)能夠提前判斷并預(yù)警。其次控制器運行了實時操作系統(tǒng)，對FPGA和對網(wǎng)絡(luò)都有靈活的接口函數(shù)，整個處理過程完全在NI CompactRIO 上實現(xiàn)，并對外提供數(shù)據(jù)發(fā)布接口，這樣既保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，又使得系統(tǒng)可以方便的加入人機界面功能。此外通過串口控制GSM Modem發(fā)送短信和無線接入Internet，也是本系統(tǒng)的一大亮點。

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