軸承實(shí)時(shí)監測系統

　　對于位移信號和轉速信號選擇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 位模數轉換器。轉速傳感器給出的是脈沖信號，我們把它當作模擬信號采集后在FPGA 上提取轉速/ 周期信號。

　　傳感器和信號采集卡如表 1所示：　　

　　在采集的同時(shí)，程序還對各路信號進(jìn)行監測和分析，當某信號超過(guò)閾值，系統會(huì )有預警信息，我們通過(guò)NI 9474 的DO通道控制報警燈閃滅來(lái)實(shí)現。

　　控制器選擇和機箱分別選擇NI 9014 和NI 9103。NI cRIO-9014 嵌入式實(shí)時(shí)控制器具有一個(gè)400 MHz Freescale MPC5200 的工業(yè)實(shí)時(shí)處理器，實(shí)現信號處理、網(wǎng)絡(luò )通信、文件管理等確定可靠的實(shí)時(shí)應用。目前系統需要3個(gè)采集模塊，我們使用NI 9103 四槽機箱。實(shí)際的機器狀態(tài)監控平臺可能還需要壓力、溫度、應變，如果采集模塊增加，還可以選擇8 槽的9104 機箱。

　　3. 系統的軟件架構

　　整個(gè)系統的軟件由三部分組成，如圖 3所示。運行在FPGA芯片的程序負責數據采集和高速信號處理，并對分析結果進(jìn)行判斷預警。實(shí)時(shí)控制器上的程序負責把數據通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接口發(fā)送到人機界面，同時(shí)接收人機界面送過(guò)來(lái)的指令。人機界面運行在一臺手持的PDA 設備上?！　?/p>

 

　　運行在FPGA上的程序承擔了所有的采集和信號處理工作，FPGA 程序控制各個(gè)采集模塊，獲得精確同步的采集振動(dòng)、位移和轉速計的信號。然后進(jìn)行信號處理的工作。首先FPGA 從轉速計的方波信號中提取轉速/ 周期信息，再基于轉速/ 周期數據進(jìn)行高速的重采樣處理，把振動(dòng)和位移信號從等時(shí)間間隔采樣變換為每個(gè)周期內等間隔采樣。接著(zhù)對振動(dòng)信號做階次變換和進(jìn)一步的分析處理， FPGA同時(shí)對位移信號做軸偏的分析、所有信號的時(shí)域分析，計算有效值、直流分量等，并對一些振動(dòng)、位移信號做門(mén)限判斷，通過(guò)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(huì )把處理過(guò)程中的中間結果和最終數據通過(guò)DMA 通道發(fā)送到實(shí)時(shí)控制器上。

　　運行在實(shí)時(shí)控制器上的程序把FPGA 送上來(lái)的數據通過(guò)TCP/IP 網(wǎng)絡(luò )發(fā)送給PDA。PDA運行的人機界面程序會(huì )根據用戶(hù)對控件的點(diǎn)擊顯示不同的處理結果，用戶(hù)可以看到瀑布圖、軸心偏移軌跡、階次圖、倍頻值等數據。另外這個(gè)監控系統還有一個(gè)短信通知功能，控制器通過(guò)串口控制GSM Modem，Modem中有一張普通的SIM卡，控制器通過(guò)串口指令可以把監控數據、狀態(tài)或者報警信息通過(guò)短消息的方式發(fā)送到手機上。用戶(hù)可以通過(guò)PDA 的用戶(hù)界面來(lái)指定發(fā)送內容、時(shí)間和目標手機。此外，還可以通過(guò)GSM Modem撥號上網(wǎng)，把NI CompactRIO 系統接入Internet，即使沒(méi)有網(wǎng)線(xiàn)，網(wǎng)絡(luò )上任意一臺設備也可以建立與NI CompactRIO 的數據連接。

　　系統設計結果

　　這套以NI CompactRIO為核心的機器狀態(tài)監控系統，首先，具有高速數據采集處理的能力，保證了監控系統的實(shí)時(shí)性，對于危險狀態(tài)能夠提前判斷并預警。其次控制器運行了實(shí)時(shí)操作系統，對FPGA和對網(wǎng)絡(luò )都有靈活的接口函數，整個(gè)處理過(guò)程完全在NI CompactRIO 上實(shí)現，并對外提供數據發(fā)布接口，這樣既保證了系統的穩定可靠，又使得系統可以方便的加入人機界面功能。此外通過(guò)串口控制GSM Modem發(fā)送短信和無(wú)線(xiàn)接入Internet，也是本系統的一大亮點(diǎn)。

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