基於框架式的海量數據採集通訊平臺的製作方法
2023-06-26 15:28:51
基於框架式的海量數據採集通訊平臺的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基於框架式的海量數據採集通訊平臺，即本平臺包括機架和PCB背板，所述PCB背板設於所述機架底面，還包括通訊板卡、兩塊電源板卡、若干數據採集板卡和若干板卡插槽，所述PCB背板設有差分通訊線、同步觸發線和電源線，所述若干板卡插槽分別間隔設於所述背板上並連通所述差分通訊線、同步觸發線和電源線，所述通訊板卡、兩塊電源板卡和若干數據採集板卡分別插入所述若干板卡插槽。本數據採集通訊平臺克服了傳統生產設備數據採集通訊的缺陷，實現集中式、多參量數據信號的實時採集、並具備海量數據的通訊能力，提高了監測系統的數據處理能力，確保對生產系統進行實時監控和故障診斷。
【專利說明】基於框架式的海量數據採集通訊平臺
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基於框架式的海量數據採集通訊平臺。
【背景技術】
[0002]在大中型企業中，為提高生產產品的質量，需要對一組設備或一條產線上的所有設備做連續、集中的監控，提取設備運行時的各種數據，從而判別設備或產線是否處於最佳運行狀態。實現這些技術的關鍵是需要對設備的各項數據進行連續採集，同時，再將採集的數據快速傳送給上位機單元，上位機單元對這些數據進行計算、處理和優化。最終將結果反饋給生產系統，並指導生產系統處於最佳運行狀態。
[0003]如在汽車行業針對汽車發動機的工作狀態及相關數據，研發發動機參數優化及試驗系統，監測採集發動機的各種工作參數，如進氣量、噴油量、噴油時間、點火時間、轉速、扭矩、壓力、振動、溫度等，並對採集到的數據進行全面的分析，不斷優化發動機參數，使發動機噪聲降低、功率提升、油耗降低，從而提高汽車發動機的產品質量。同樣在冶金行業，隨著對產品質量及連續化生產要求的不斷提高，強化了眾多設備狀態在線監測的研宄與實施工作，其中對軋鋼過程中產生的鋼板表面振動紋監測研宄，將軋機張力、機架振動等多種參數進行實時採集和分析診斷，目前已能夠判別部分類型的振動紋；針對冷軋連退機組斷帶問題，建立斷帶監測診斷系統，並對焊機、板帶邊裂、張力等多種參數進行監測和診斷，有效消除斷帶現象。
[0004]但是上述的實時監測系統需基於生產現場海量數據的採集和傳輸，而目前大多設備或產線的數據採集點分布範圍較大，往往採用單點數據採集和傳輸，對於需採集的振動、電壓、電流、超聲波、渦流、轉速、溫度、壓力等數據的集成度較差，並且由於採集的數據量大，其傳輸存在一定的瓶頸，降低了實時監測系統的數據處理能力，影響生產系統的實時監控和故障診斷。
【發明內容】
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種基於框架式的海量數據採集通訊平臺，本數據採集通訊平臺克服了傳統生產設備數據採集通訊的缺陷，實現集中式、多參量數據信號的實時採集、並具備海量數據的通訊能力，提高了監測系統的數據處理能力，確保對生產系統進行實時監控和故障診斷。
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型基於框架式的海量數據採集通訊平臺包括機架和PCB背板，所述PCB背板設於所述機架底面，還包括通訊板卡、兩塊電源板卡、若干數據採集板卡和若干板卡插槽，所述PCB背板設有差分通訊線、同步觸發線和電源線，所述若干板卡插槽分別間隔設於所述PCB背板上並連通所述差分通訊線、同步觸發線和電源線，所述通訊板卡、兩塊電源板卡和若干數據採集板卡分別插入所述若干板卡插槽。
[0007]進一步，所述數據採集板卡包括CPU單元、前端模擬調理單元、並行AD轉換單元、總線驅動器、可編程邏輯器、高速靜態存儲器、串行快閃記憶體存儲器和乙太網接口單元，所述CPU單元分別雙向連接所述總線驅動器、可編程邏輯器、高速靜態存儲器、串行快閃記憶體存儲器和乙太網接口單元，所述前端模擬調理單元經所述並行AD轉換單元雙向連接所述總線驅動器。
[0008]進一步，所述通訊板卡包括乙太網交換晶片、DC/DC電源晶片、千兆乙太網接口單元、千兆網絡變壓器、百兆網絡變壓器和若干百兆乙太網接口單元，所述DC/DC電源晶片輸出端連接所述乙太網交換晶片電源端，所述乙太網交換晶片信息端分別雙向連接所述千兆乙太網接口單元和若干百兆乙太網接口單元，所述千兆乙太網接口單元輸出端連接所述千兆網絡變壓器輸入端，所述若干百兆乙太網接口單元輸出端分別連接所述百兆網絡變壓器輸入端。
[0009]進一步，所述若干數據採集板卡分為主卡和從卡，所述主卡通過所述同步觸發線同步觸發所述從卡採集數據。
[0010]進一步，所述數據採集板卡和電源板卡分別是隔離式數據採集板卡和隔離式電源板卡，所述電源板卡的電源功率是200W。
[0011]進一步，所述若干數據採集板卡分別通過各種傳感器採集振動、電壓、電流、超聲波、渦流、轉速、溫度、壓力數據。
[0012]進一步，所述機架是4U、19英寸標準機箱。
[0013]由於本實用新型基於框架式的海量數據採集通訊平臺採用了上述技術方案，即本平臺包括機架和PCB背板，所述PCB背板設於所述機架底面，還包括通訊板卡、兩塊電源板卡、若干數據採集板卡和若干板卡插槽，所述PCB背板設有差分通訊線、同步觸發線和電源線，所述若干板卡插槽分別間隔設於所述PCB背板上並連通所述差分通訊線、同步觸發線和電源線，所述通訊板卡、兩塊電源板卡和若干數據採集板卡分別插入所述若干板卡插槽。本數據採集通訊平臺克服了傳統生產設備數據採集通訊的缺陷，實現集中式、多參量數據信號的實時採集、並具備海量數據的通訊能力，提高了監測系統的數據處理能力，確保對生產系統進行實時監控和故障診斷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]下面結合附圖和實施方式對本實用新型作進一步的詳細說明:
[0015]圖1為本實用新型基於框架式的海量數據採集通訊平臺示意圖；
[0016]圖2為本數據採集通訊平臺中數據採集板卡的原理框圖；
[0017]圖3為本數據採集通訊平臺中通訊板卡的原理框圖。
【具體實施方式】
[0018]如圖1所示，本實用新型基於框架式的海量數據採集通訊平臺包括機架I和PCB背板2，所述PCB背板2設於所述機架I底面，還包括通訊板卡5、兩塊電源板卡6、若干數據採集板卡4和若干板卡插槽3，所述PCB背板2設有差分通訊線8、同步觸發線7和電源線9，所述若干板卡插槽3分別間隔設於所述PCB背板2上並連通所述差分通訊線8、同步觸發線7和電源線9，所述通訊板卡5、兩塊電源板卡6和若干數據採集板卡4分別插入所述若干板卡插槽3。
[0019]進一步，如圖2所示，所述數據採集板卡包括CPU單元41、前端模擬調理單元42、並行AD轉換單元43、總線驅動器44、可編程邏輯器45、高速靜態存儲器46、串行快閃記憶體存儲器47和乙太網接口單元48，所述CPU單元41分別雙向連接所述總線驅動器44、可編程邏輯器45、高速靜態存儲器46、串行快閃記憶體存儲器47和乙太網接口單元48，所述前端模擬調理單元42經所述並行AD轉換單元42雙向連接所述總線驅動器44。
[0020]前端模擬調理單元將傳感器信號進行濾波、放大等一系列調理，從而能滿足AD轉換要求；並行AD轉換單元是16位精度，將來自前端模擬調理單元的模擬信號轉換成數位訊號；總線驅動器用於提高了 CPU單元的總線驅動能力，同時為總線設置了一層屏蔽，提高系統的抗幹擾能力；CPU單元是整個系統的核心，完成整個平臺的數據採集、打包、通訊等功能；高速靜態存儲器用於採集數據的暫存；可編程邏輯器管理整個系統的時序，包括AD採樣時序、存儲時序等；串行快閃記憶體存儲器保存系統內所有參數，如通訊參數、採集配置參數等。
[0021]進一步，如圖3所示，所述通訊板卡包括乙太網交換晶片51、DC/DC電源晶片52、千兆乙太網接口單元53、千兆網絡變壓器55、百兆網絡變壓器56和若干百兆乙太網接口單元54，所述DC/DC電源晶片52輸出端連接所述乙太網交換晶片51電源端，所述乙太網交換晶片51信息端分別雙向連接所述千兆乙太網接口單元53和若干百兆乙太網接口單元54，所述千兆乙太網接口單元53輸出端連接所述千兆網絡變壓器55輸入端，所述若干百兆乙太網接口單元54輸出端分別連接所述百兆網絡變壓器56輸入端。
[0022]乙太網交換晶片具備最大24 口百兆通訊和2 口千兆通訊能力；DC/DC電源晶片將外部電源轉換成板卡所需的各種電源，百兆乙太網接口單元和千兆乙太網接口單元可具備40路百兆通訊和一路千兆光纖通訊能力，提高海量數據並發通訊速度；同時百兆乙太網接口單元和千兆乙太網接口單元分別通過百兆網絡變壓器和千兆網絡變壓器進行數據隔離後與上位機通訊，並且提供若干數據採集板卡內部的互聯。
[0023]進一步，所述若干數據採集板卡4分為主卡和從卡，所述主卡通過所述同步觸發線7同步觸發所述從卡採集數據。
[0024]進一步，所述數據採集板卡4和電源板卡6分別是隔離式數據採集板卡和隔離式電源板卡，所述電源板卡6的電源功率是200W。
[0025]進一步，所述若干數據採集板卡4分別通過各種傳感器採集振動、電壓、電流、超聲波、渦流、轉速、溫度、壓力數據。
[0026]進一步，所述機架I是4U、19英寸標準機箱。
[0027]本採集通訊平臺中，PCB背板是若干數據採集板卡與通訊板卡間的通訊橋梁，同時電源板卡經PCB背板向若干數據採集板卡和通訊板卡提供工作電源，各數據採集板卡經傳感器採集到的數據通過PCB背板傳送到通訊板卡，後者再通過雙絞線或光纖將數據傳輸給遠端的上位機，從而建立數據採集板卡與上位機之間的數據通訊通道。本平臺最大可提供100Mbps的通訊速率，滿足用戶海量數據通訊的應用需求。此外，數據採集板卡可開發為採集振動、電壓、電流、超聲波、渦流、轉速、溫度、壓力數據等多種輸入方式，只需按指定的接口應用即可；同時各數據採集板卡之間可隨意組合，極大的提高了數據採集的靈活性。數據採集板卡具有同步採集功能，可設置為主卡和從卡，主卡通過背板上的同步觸發線同步從卡進行數據採集，同步精度為uS級；數據採集板卡和電源板卡採用隔離式設計，板卡之間互不幹擾，提高了生產現場數據採集和傳輸的抗幹擾能力。
[0028]生產現場設備或產線數據採集點的信號經各種傳感器按照不同的種類接入到各自的數據採集板卡，隨後，數據採集板卡的主卡發出同步指令，觸發各從卡進行數據採集，各數據採集板卡採集到的信號經過CPU單元處理、打包後，通過PCB背板的差分通訊線傳送至通訊板卡，通訊板卡再通過雙絞線或光纖將數據傳送給遠端上位機，從而建立了數據採集板卡與上位機之間的數據通訊通道。上位機安裝有相應的應用軟體，按用戶不同的需求進行計算和顯示。同時，上位機可通過設置命令控制每塊數據採集板卡的採樣參數，本平臺與上位機之間通過乙太網的TCP/IP協議進行數據的互聯，實現生產現場海量數據的採集和通訊，與傳統的專業監測設備相比，本平臺具有組合靈活、通道擴充方便、通訊速率快等特點，滿足生產過程中各關鍵設備、關鍵參數的實時監測，確保對生產系統進行實時監控和故障診斷，有效提高產品的質量和產量。
【權利要求】
1.一種基於框架式的海量數據採集通訊平臺，包括機架和PCB背板，所述PCB背板設於所述機架底面，其特徵在於:還包括通訊板卡、兩塊電源板卡、若干數據採集板卡和若干板卡插槽，所述PCB背板設有差分通訊線、同步觸發線和電源線，所述若干板卡插槽分別間隔設於所述PCB背板上並連通所述差分通訊線、同步觸發線和電源線，所述通訊板卡、兩塊電源板卡和若干數據採集板卡分別插入所述若干板卡插槽。
2.根據權利要求1所述的基於框架式的海量數據採集通訊平臺，其特徵在於:所述數據採集板卡包括CPU單元、前端模擬調理單元、並行AD轉換單元、總線驅動器、可編程邏輯器、高速靜態存儲器、串行快閃記憶體存儲器和乙太網接口單元，所述CPU單元分別雙向連接所述總線驅動器、可編程邏輯器、高速靜態存儲器、串行快閃記憶體存儲器和乙太網接口單元，所述前端模擬調理單元經所述並行AD轉換單元雙向連接所述總線驅動器。
3.根據權利要求1所述的基於框架式的海量數據採集通訊平臺，其特徵在於:所述通訊板卡包括乙太網交換晶片、DC/DC電源晶片、千兆乙太網接口單元、千兆網絡變壓器、百兆網絡變壓器和若干百兆乙太網接口單元，所述DC/DC電源晶片輸出端連接所述乙太網交換晶片電源端，所述乙太網交換晶片信息端分別雙向連接所述千兆乙太網接口單元和若干百兆乙太網接口單元，所述千兆乙太網接口單元輸出端連接所述千兆網絡變壓器輸入端，所述若干百兆乙太網接口單元輸出端分別連接所述百兆網絡變壓器輸入端。
4.根據權利要求1所述的基於框架式的海量數據採集通訊平臺，其特徵在於:所述若干數據採集板卡分為主卡和從卡，所述主卡通過所述同步觸發線同步觸發所述從卡採集數據。
5.根據權利要求1所述的基於框架式的海量數據採集通訊平臺，其特徵在於:所述數據採集板卡和電源板卡分別是隔離式數據採集板卡和隔離式電源板卡，所述電源板卡的電源功率是200W。
6.根據權利要求1所述的基於框架式的海量數據採集通訊平臺，其特徵在於:所述若干數據採集板卡分別通過各種傳感器採集振動、電壓、電流、超聲波、渦流、轉速、溫度、壓力數據。
7.根據權利要求1所述的基於框架式的海量數據採集通訊平臺，其特徵在於:所述機架是4U、19英寸標準機箱。
【文檔編號】H04L29/08GK204216935SQ201420664158
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年11月10日 優先權日:2014年11月10日
【發明者】宋傑峰, 章海, 汪子頡, 李時昌, 張曉超 申請人:上海寶鋼工業技術服務有限公司