基于CPLD的旋转机械振动自主式数据采集系统

　　0　引言

　　各种旋转机械设备的传动轴系,会因机械或电气、动力或负载等方面的原因发生短暂或持续的转矩波动或振荡,在旋转机械故障的振动诊断中发现,转子不平衡、不对中、动静部件碰摩、轴裂纹以及支承松动等是最常见的振动原因[1]。振动使轴系各断面受到交变的剪切应力,形成轴系材料的疲劳积累,就会发生轴系的破坏,造成严重的后果,这种扭振破坏在汽轮发电机领域已研究得很成熟[2],其他领域也正逐渐被发觉并引起重视,许多轴系事故的疑难病症找到了原因,为了便于预测故障,实时大容量采集旋转机械的振动数据尤为必要。文中给出的自主式数据采集系统可完成八通道实时大容量振动数据整周期采集与处理,满足大型旋转机械振动监测需要[4]。

　　1　系统介绍

　　1. 1　系统组成[3-5]

　　系统组成框图如图1所示,由信号调理模块、A/D转换模块、CPLD模块和外围接口模块等组成。信号调理电路对传感器信号进行滤波、整形、增益调整; A/D转换由一片AD7852Y完成,芯片控制信号来自CPLD,可对8路振动信号进行采样,A/D转换后的数据存入双口RAM IDT70261L后经过PC/104的总线读入工控主机,进行信号分析与监控,也可通过工控主机丰富的通信接口实现数据充分共享。

　　1. 2　系统工作原理

　　为了节约CPU资源,系统数据采集时序完全由CPLD产生,主要完成A/D芯片采样基准时钟信号、A/D芯片控制信号、A/D芯片工作模式转换控制信号、采集完成或满8K请求读取数据的中断信号、双口RAM的左端口地址信号以及写入时序信号的产生,整个采集过程的控制无需CPU控制,所以称之为“自主式”。这里只对数据采集模式设置模块、采样频率动态跟踪和整周期采样点数滑动可调模块予以阐述。数据采集模式设置模块系统根据振动数据采集的实际需要设计3种数据采集模式供用户选择。

　　1. 2. 1　单次采集模式

　　单次采集模式是指用户要求1次采集任务的数据容量比较小,指1次采集数据容量在8K以内,可分为1K, 2K, 4K, 8K 4档。这种情况下, 1次采集任务完成,但双口RAM的容量并没有用完,执行下一次采集任务时采集的数据从双口RAM的最低地址开始存放过程中,要不断循环利用双口RAM的16K存储空间,双口RAM存储空间分高、低8K为左右端口使用,而每采满8K数据后就产生1次中断请求,请求系统读取刚采集的8K数据。

　　1. 2. 2　多次采集模式

　　多次采集模式是指用户要求一次采集任务的数据容量比8K大,系统提供8档供用户选择: 16K、32K、64K、128K、256K、512K、1 024K、2 048K.这种情况在执行1次采集任务过程中,要不断循环利用双口RAM的16K存储空间,双口RAM存储空间分高、低8K为左右端口使用,而每采满8K数据后就产生1次中断请求,请求系统读取刚采集的8K数据。