基于FPGA的空压机在线监测系统的前端设计

发布时间：2021-10-21 14:09

　　状态监测是掌握设备运行状况，判断其运行趋势，降低故障率的重要手段之一。而获得反映设备运行的准确数据是状态监测的基础。本文适应旋转机械在线监测系统的发展，以实际工程项目为背景，对空压机在线监测系统的前端部分进行设计，有效地实现了信号调理、数据采集和数据存储等功能。 本文先对空压机结构及其常发故障进行分析，提出了空压机监测测点布置方案，给出了在线监测系统总体结构图。之后结合数据采集系统要求，通过对比确定了数据采集系统的整体方案，即以现场可编程门阵列（FPGA）作为数据采集和存储的控制核心，实现多通道同步数据采集，并采用ARM处理器来实现数据的网络传输。 在给出系统设计整体方案之后，本文着重于系统前端的硬件设计，并将其分为信号调理卡和数据采集卡两部分研究。信号调理卡包括I／V变换电路、程控增益放大电路、低通滤波电路；从传感器输出的模拟信号经过信号调理卡进行信号调理后，转换成数据采集卡可以接受的输入信号，以便数据采集卡进行后续处理。数据采集卡包括AD转换器接口电路、双口RAM接口电路和FPGA接口电路；FPGA作为系统的核心芯片，控制AD转换器对调理输出的信号进行转换，并将转换后的... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题概述
        1.1.1 选题背景
        1.1.2 国内外发展概况
    1.2 课题的提出
    1.3 课题的目标和任务
        1.3.1 课题的目标
        1.3.2 课题的任务
    1.4 论文的主要内容及结构
2 在线监测系统综述和总体设计方案
    2.1 旋转机械状态监测的指标及其检测方式
        2.1.1 状态监测的指标
        2.1.2 监测指标的检测方式
    2.2 设备概述及其存在的故障类型
        2.2.1 HC-101空气压缩机设备简介
        2.2.2 HC-101空气压缩机设备故障类型
    2.3 系统检测对象
        2.3.1 HC-101空气压缩机测点布置方案
        2.3.2 传感器的选择
    2.4 在线监测系统总体设计方案
    2.5 小结
3 PDM3000数据采集系统的要求和方案设计
    3.1 数据采集的基础理论
        3.1.1 信号类型
        3.1.2 采样过程
        3.1.3 采样定律
        3.1.4 采样与保持
        3.1.5 量化与量化误差
    3.2 PDM3000数据采集系统的技术要求
        3.2.1 数据采集系统的技术指标
        3.2.2 PDM3000数据采集系统的技术要求
    3.3 PDM3000数据采集系统方案的对比与选择
        3.3.1 总体方案的设计
        3.3.2 数据采集方案的设计
        3.3.3 数据存储方案的设计
    3.4 小结
4 PDM3000数据采集系统的硬件设计
    4.1 PDM3000数据采集系统硬件电路的总体设计
    4.2 前端模拟信号调理电路
        4.2.1 模拟信号的调理和转换
        4.2.2 模拟量输入模块的设计
        4.2.3 程控增益放大电路的设计
        4.2.4 低通滤波器电路的设计
    4.3 A/D转换器接口电路设计
        4.3.1 A/ D转换器芯片的分类及其主要技术参数
        4.3.2 ADS8320芯片特性及其工作时序
        4.3.3 ADS8320外围电路设计
    4.4 数据存储接口电路的设计
        4.4.1 双口RAM芯片 CY7C028的内部结构、特点及工作原理
        4.4.2 CY7C028外围电路设计
    4.5 可编程逻辑器件在数据采集系统中应用
        4.5.1 可编程逻辑器件概述
        4.5.2 FPGA的组成、特点以及与 CPLD的差异性
        4.5.3 可编程逻辑器件设计流程
        4.5.4 可编程逻辑器件的选择
        4.5.5 可编程逻辑器件的外围电路的设计
    4.6 小结
5 PDM3000数据采集系统的软件设计
    5.1 面向FPGA的EDA开发工具
        5.1.1 EDA工具的概述
        5.1.2 Xilinx可编程逻辑器件集成开发环境
    5.2 硬件描述语言
        5.2.1 概述
        5.2.2 VHDL的结构和特点
        5.2.3 自顶向下的设计方法
    5.3 FPGA的逻辑模块的设计
        5.3.1 FPGA的逻辑设计思想
        5.3.2 FPGA逻辑模块的划分
    5.4 FPGA的软件设计
        5.4.1 FPGA顶层软件设计
        5.4.2 FPGA底层软件设计
    5.5 小结
6 数据采集系统可靠性设计
    6.1 可靠性设计的基本概念
        6.1.1 可靠度R(t)
        6.1.2 失效率λ)(t)
        6.1.3 平均无故障时间 MTBF
    6.2 数据采集系统可靠性保证的基本措施
    6.3 系统的抗干扰设计
        6.3.1 系统抗干扰设计的概述
        6.3.2 隔离抗干扰
        6.3.3 退耦抗干扰
        6.3.4 接地抗干扰
    6.4 小结
结论
参考文献
附录A 硬件原理图
附录B 采集控制源程序
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
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【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的多路同步实时数据采集方案设计与实现[J]. 张贵清,朱磊,颜露新,张天序.  测控技术. 2005(12)
[2]石化行业大型离心式压缩机组安全运行研究[J]. 陈宗华,秦云龙,梁晓刚,张亚丁,贾鹏林,许适群,周培荣.  化工装备技术. 2005(02)
[3]FPGA在高性能数据采集系统中的应用[J]. 徐海军,叶卫东.  计测技术. 2005(01)
[4]基于FPGA的高速数据采集系统的设计[J]. 张伟,韩一明,吴新玲.  电力情报. 2002(03)
[5]CPLD和FPGA器件性能特点与应用[J]. 任敏,庞杰,胡庆.  传感技术学报. 2002(02)
[6]VHDL语言和ISP器件在数字电路设计中的应用[J]. 付扬.  华北航天工业学院学报. 2001(S1)
[7]微机控制系统的抗干扰技术应用[J]. 皇祯平.  电脑与信息技术. 2000(05)
[8]国内大化肥装置离心式压缩机的现状[J]. 陈宗华.  大氮肥. 1999(06)
[9]基于Internet的分布式实时在线监测软件的设计与实现[J]. 廖双龙,王凌峰.  现代科学仪器. 1999(05)
[10]大型汽轮发电机组远程在线振动监测分析与诊断网络系统[J]. 蒋东翔,倪维斗,于文虎,潘亚利,张英和.  动力工程. 1999(01)

硕士论文
[1]基于CPLD的高速数据采集系统的设计[D]. 陆峰.中北大学 2006
[2]旋转机械状态监测系统[D]. 雷凯.电子科技大学 2005
[3]旋转机械实时在线状态监测系统的研究与实现——基于DSP的数据采集系统设计[D]. 郑卓超.浙江大学 2005
[4]基于ISP技术的高速数据采集模块的研制[D]. 龚兰芳.武汉理工大学 2004



本文编号：3449134