嵌入式處理器+FPGA結(jié)構(gòu)，如圖1所示所述裝置包括:ARM模塊、FPGA模塊、AD轉(zhuǎn)換器、匹配電路模塊。其中，匹配電路模塊包括恒流源電路、信號放大電路、信號衰減電路及濾波電路等。圖2說明了 FPGA的并行采集原理，利用FPGA采用多個控制單元模塊的策略，同時連接多路A/D轉(zhuǎn)換器，在硬件上保證了數(shù)據(jù)采集的完全并行性。多臺所述采集器可以連接一臺集中器，由集中器統(tǒng)一上傳遠(yuǎn)程服務(wù)器。
[0020]數(shù)據(jù)集中器Concentrator 4:把多臺所述采集器3的數(shù)據(jù)集中存放到一臺設(shè)備上，并通過無線傳輸模塊或有線網(wǎng)絡(luò)上傳網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器5。
[0021 ] 無線傳輸模塊:與所述集中器相連，將數(shù)據(jù)通過GPRS或CDMA上傳到網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器5o
[0022]網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器5:大容量在線存儲各個風(fēng)機(jī)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)。
[0023]主站服務(wù)器Server 6:訪問所述網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器5，并提供各種信號處理算法及專家?guī)?，把分析結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)到主站客戶端7。
[0024]主站客戶端Client 7:訪問所述主站服務(wù)器6，顯示當(dāng)前運行狀態(tài)及故障診斷分析結(jié)果。
[0025]本發(fā)明具體涉及一種基于FPGA的嵌入式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，其特征在于在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上安裝所述系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括傳感器組2，數(shù)據(jù)采集器3，數(shù)據(jù)集中器4，網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器5，主站服務(wù)器6和主站客戶端7 ;所述傳感器組依次與數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)集中器相連；將集中器中的數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器，然后通過主站服務(wù)器6對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；將分析結(jié)果發(fā)送到主站客戶端7。
[0026]進(jìn)一步地，所述傳感器組2安裝在風(fēng)機(jī)設(shè)備I上，與采集器3相連，傳感器組2包括振動傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、加速度傳感器、位移傳感器和音頻傳感器。
[0027]進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集器3采用ARM嵌入式處理器與FPGA組合的結(jié)構(gòu)。
[0028]進(jìn)一步地，所述采集器3包括ARM模塊、FPGA模塊、A/D轉(zhuǎn)換器和匹配電路模塊，所述FPGA采用多個控制單元模塊的策略，同時連接多路A/D轉(zhuǎn)換器。
[0029]進(jìn)一步地，傳感器組2通過匹配電路與多路A/D轉(zhuǎn)換器相連接，然后將多路A/D轉(zhuǎn)化器與FPGA模塊進(jìn)行連接，F(xiàn)PGA模塊與ARM模塊通過數(shù)據(jù)總線連接，進(jìn)行讀寫控制，形成FPGA+ARM嵌入式處理系統(tǒng)。
[0030]進(jìn)一步地，在嵌入式處理系統(tǒng)中，傳感器輸出的信號經(jīng)放大、濾波處理后，由24位的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣變成數(shù)字信號，傳輸至FPGA模塊，在FPGA內(nèi)部進(jìn)行數(shù)字濾波后以一定的數(shù)據(jù)格式傳輸至ARM模塊。
[0031]進(jìn)一步地，所述匹配電路模塊包括恒流源電路、信號放大電路、信號衰減電路及濾波電路。
[0032]進(jìn)一步地，多臺數(shù)據(jù)采集器3與一臺數(shù)據(jù)集中器4相連接，由數(shù)據(jù)集中器4通過無線傳輸模塊或有線網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一上傳到網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器5。
[0033]進(jìn)一步地，所述無線傳輸模塊與所述集中器4相連，將數(shù)據(jù)通過GPRS或CDMA上傳到網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器。
[0034]進(jìn)一步地，所述網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器5用于大容量在線存儲各個風(fēng)機(jī)設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)。
[0035]進(jìn)一步地，通過訪問所述網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器5，主站服務(wù)器提供各種信號處理算法及專家?guī)欤逊治鼋Y(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)到主站客戶端7 ;通過訪問所述主站服務(wù)器6，主站客戶端7顯示當(dāng)前運行狀態(tài)及故障診斷分析結(jié)果。
[0036]本發(fā)明還涉及一種基于FPGA的嵌入式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷方法，其特征在于，設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上，由傳感器組2，采集器3，集中器4，網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器5，主站服務(wù)器6和主站客戶端組成7 ;
[0037]包括以下步驟:
[0038]①傳感器組2中設(shè)置振動傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、加速度傳感器、位移傳感器和音頻傳感器，并行傳感振動，轉(zhuǎn)速，加速度，位移和音頻信號；
[0039]②傳感器組2與數(shù)據(jù)采集器3相連接，該采集器基于FPGA和ARM的嵌入式處理系統(tǒng)，首先通過匹配電路將傳感器組與A/D轉(zhuǎn)化器相連接，然后依次經(jīng)過FPGA模塊和ARM模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，進(jìn)行讀寫與控制；
[0040]③將數(shù)據(jù)采集器3與數(shù)據(jù)集中器4相連接，將采集數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存放，并通過無限傳輸模塊或有限網(wǎng)絡(luò)上傳至存儲服務(wù)器5 ;
[0041]④主站服務(wù)器6訪問所述網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器5，提供信號處理的算法及專家?guī)?，將?shù)據(jù)分析結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)至主站客戶端7 ;
[0042]⑤主站客戶端7訪問主站服務(wù)器6，顯示風(fēng)機(jī)組當(dāng)前運行狀態(tài)以及故障診斷分析結(jié)果。
[0043]進(jìn)一步地，設(shè)置多路A/D轉(zhuǎn)換器與傳感器組2相連，使FPGA多個控制元模塊同時連接多路A/D轉(zhuǎn)換器，使數(shù)據(jù)采集完全并行。
[0044]進(jìn)一步地，設(shè)置多個數(shù)據(jù)采集器3，將采集器的數(shù)據(jù)集中存放于集中器中4。
[0045]進(jìn)一步地，所述無線傳輸模塊與所述數(shù)據(jù)集中器4相連接，將數(shù)據(jù)通過GPRS或CDMA上傳到網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器5。
[0046]進(jìn)一步地，采集器4最多支持10個通道與各類數(shù)據(jù)傳感器相連，傳感器分別安裝在風(fēng)電設(shè)備I上；傳感器輸出的信號經(jīng)放大、濾波處理后，由24位的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣變成數(shù)字信號，傳輸至FPGA模塊，在FPGA內(nèi)部進(jìn)行數(shù)字濾波后以一定的數(shù)據(jù)格式傳輸至ARM，再由ARM模塊將數(shù)據(jù)傳輸至集中器4。
[0047]進(jìn)一步地，主站服務(wù)器6訪問管理網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器5上的數(shù)據(jù)，對實時上傳的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行信號處理，并與預(yù)設(shè)閥值進(jìn)行比較，判定故障狀態(tài)，系統(tǒng)提供三級告警閥值，將信號處理結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)至主站客戶端7。
[0048]進(jìn)一步地，主站客戶端7提供歷史數(shù)據(jù)查詢及分析功能，畫出趨勢圖，顯示特征參數(shù)隨時間的變化趨勢。
[0049]進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)安裝于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上，用于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運行狀態(tài)實時監(jiān)測和故障診斷。
[0050]與以往風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)相比，本發(fā)明的主要優(yōu)點是:采集器采用ARM處理器加FPGA可編程邏輯器件的方式實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)的采集和存儲，利用FPGA強(qiáng)大并行性、可重構(gòu)性以及其他豐富的邏輯資源，在硬件上實現(xiàn)完全并行地高速采集各類傳感器信號，克服了以往采集設(shè)備只能分時采集各類信號的弊端，例如，在發(fā)現(xiàn)某振動信號經(jīng)過分析后超過所設(shè)定的告警閥值時，可能需要分析該振動信號發(fā)生階段設(shè)備的音頻信號，此時需要同時采集兩種傳感器信號；系統(tǒng)增設(shè)了集中器這一中間設(shè)備，每個集中器下所有采集器構(gòu)成一個子系統(tǒng)，而集中器則是這個子系統(tǒng)的“中心控制設(shè)備”，既克服了在網(wǎng)絡(luò)條件差的環(huán)境下暫存各個采集器的數(shù)據(jù)，又提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性；提出了一種分層設(shè)計的故障診斷方法，故障診斷系統(tǒng)分為上中下三個層次，下層是采集器和傳感器組組成，解決現(xiàn)場布線結(jié)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)境惡劣、不便維護(hù)等缺點，中間是集中器，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)管理和可靠性通訊，最上層是主站服務(wù)器、主站客戶端和網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器，負(fù)責(zé)進(jìn)行人機(jī)交互和進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)運算分析，分層設(shè)計的思想保證了數(shù)據(jù)通訊的穩(wěn)定性、可靠性和實時性。
【附圖說明】
[0051]圖1示意了采集器信號處理框圖
[0052]圖2示意了 FPGA并行處理原理圖，即FPGA內(nèi)部模塊關(guān)系圖
[0053]圖3示意了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行狀態(tài)監(jiān)測及診斷系統(tǒng)圖
【具體實施方式】
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