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申请/专利权人：宝山钢铁股份有限公司

摘要：本发明公开一种用于MP‑SCALE运行状态监测的高速数据采集器，包括主机模块、一个或多个数据采集模块和背板总线。数据采集模块包括多个在电气上独立的多个AD转换通道和对各AD转换通道进行控制的FPGA电路。每个所述AD转换通道包括阻抗变换电路、量程变换电路、有源低通滤波器、AD转换器、基准电源和数字信号光电隔离器。DAQ主机通过背板总线与多个DAQ数据采集模块进行数据交换。FPGA电路为各AD通道提供足够大的镜像缓存，以保证数据在采集记录和传输过程中连续、不发生断点。

主权项：1.一种用于MP-SCALE运行状态监测的高速数据采集器，其特征在于：所述DAQ高速数据采集系统包括主机模块、一个或多个数据采集模块和背板总线，其中：所述主机模块为DAQ主机；所述数据采集模块包括多个在电气上独立的多个AD转换通道和对各AD转换通道进行控制的FPGA电路，其中，每个所述AD转换通道包括阻抗变换电路、量程变换电路、有源低通滤波器、AD转换器、基准电源和数字信号光电隔离器，所述DAQ主机通过背板总线与所述多个DAQ数据采集模块进行数据交换，所述FPGA电路接受DAQ主机的命令、在规定时间周期同步启动各AD通道的AD转换、向AD转换器发送片选信号、接收各AD转换通道的AD转换结果、对各AD通道转换的结果进行冗余校验、转换数据确定正确后将其存入相应的数据缓存区内，由此为各AD通道提供足够大的镜像缓存，以保证数据在采集记录和传输过程中连续、不发生断点。

全文数据：用于MP-SCALE运行状态监测的高速数据采集器技术领域本发明涉及热轧精轧电气设备在线检测技术，更具体地，涉及一种用于实时监测和诊断热连轧精轧机AGC油缸内的MP-SCALE运行状态的高速数据采集装置。背景技术目前用于热连轧精轧机AGC油缸位置检测的传感器主要是三菱公司的MP-SCALE位移传感器和SONY公司的Magnescale位移传感器。其中三菱公司MPSCALE位移传感器于1970年与美国INDUCTSYN公司技术合作开始进行生产。MPSCALE位移传感器是在工具机械中确保精度重要的零件，对于温度变化时精度的稳定性，对油或异物等使用有较好耐环境性，容易安装及零件材质的高强度。三菱重工将这些必要的基本性能条件加入，以独自的技术开发改良出可在高速,高解析的绝对値检测的产品，除使用在自社的工具机上之外，还销售到世界各国的工具机厂使用。Sony公司生产的magnescale位移传感器主要应用于冶金工业的钢铁薄板压延机等，实现冷热轧机辊缝高精度测量。它的主要作用是接收现场传感器的信号，且判别磁尺的移动方向，然后根据所产生的位移量输出脉冲信号。由于冶金行业设备都在较差的环境现场工作，稳定性和抗干扰性尤为重要，该产品就是为此设计生产的，评级其优异的性能，其系列产品在世界各大轧机制造商和钢铁厂中发挥着重要的作用。图1为包括MP-SCALE位移传感器的AGC系统。MP-SCALE是热连轧精轧机AGC系统自动辊缝控制中重要的反馈元件。如图1所示，安装在AGC油缸内的MP-SCALE是AGC液压系统的最外环的反馈元件。一旦某个MP-SCALE出现故障会直接导致AGC控制异常，引发废钢。图2示出MP-SCALE在AGC液压系统的安装位置。阴影部分对应于MP-SCALE在AGC液压系统的安装位置。由于MP-SCALE安装在AGC油缸内部，安装、更换难度很大。在线更换一个MP-SCALE通常需要8小时以上。MP-SCALE具有很高的检测精度和速度高，如下表1所示：表1MP-SCALE的检测精度和速度图3所示示出MP-SCALE的内部结构，通过监控定尺和动尺的电压信号可以判断MP-SCALE的状态。图4和图5分别示出MP-SCALE的定尺SINCOS及动尺FBK的波形图。本发明之前，对MP-SCALE的维护检查采用笔录仪，笔录仪通道有限。而一个MP-SCALE需要三个通道，1580热轧需要安装有18个MP-SCALE，因此，笔录仪器根本无法实现全天候无间断的对MP-SCLAE进行监控。在1580精轧区域，此类传感器安装在AGC油缸内，一旦突发故障，更换需要至少8小时以上时间，这将对生产线的正常运转造成严重影响。本申请的发明人根据多年的维护经验发现，此类传感器的损坏多是由于传感器磁尺发生磨损所致，而且通常都是多次发生异常后才彻底损坏，由于目前没有有效、可靠的监控手段，难以提前判断或者发生一次故障后就能迅速锁定原因，这对于现场设备维护十分不利。通过对历史故障曲线的分析发现，传感器磁尺发生问题时，其反馈波形通常会随之发生异常变化，如果能够实现对与波形的监控和报警，就能够提前预防或判断传感器是否发生故障，将对设备维护和故障处理提供有效的技术手段，对保证轧线的稳定生产起到重要的作用。本发明的目的就是开发研制一套能在线实时对多个传感器在同一时间内的数据进行高速采集、处理和存盘。操作者可以利用Ibaanalyze软件对被保存的数据进行浏览、查询和分析。通过这套高速数据采集、处理、保存系统可实现将AGC传感器故障消灭在萌芽状态。发明内容本发明的目的主要是提供一种用于MP-SCALE运行状态监测的高速数据采集器，以提高MP-SCALE传感器使用的可靠性，降本增效和安全生产。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。一种用于MP-SCALE运行状态监测和诊断的DAQ高速数据采集系统，包括：主机模块、一个或多个数据采集模块和背板总线，其中：所述主机模块为DAQ主机；所述数据采集模块包括多个在电气上独立的多个AD转换通道和对各AD转换通道进行控制的FPGA电路，其中，每个所述AD转换通道包括阻抗变换电路、量程变换电路、有源低通滤波器、AD转换器、基准电源和数字信号光电隔离器，所述DAQ主机通过背板总线与所述多个DAQ数据采集模块进行数据交换，所述FPGA电路接受DAQ主机的命令、在规定时间周期同步启动各AD通道的AD转换、向AD转换器发送片选信号、接收各AD转换通道的AD转换结果、对各AD通道转换的结果进行冗余校验、转换数据确定正确后将其存入相应的数据缓存区内，由此为各AD通道提供足够大的镜像缓存，以保证数据在采集记录和传输过程中连续、不发生断点。所述FPGA电路为现场可编程逻辑阵控制器，通过VHDL语言对其功能进行描述，通过离线仿真、在线测试技术对其进行修改，通过JTAC接口对FPGA进行编程，改变FPGA逻辑阵结构，实现FPGA软件硬件化。所述DAQ数据采集模块的数目为1-9，每个所述DAQ数据采集模块包括6通道。所述DAQ数据采集模块的数目为4，一个DAQ数据采集系统可同时同步测量24个通道的数据。所述DAQ数据采集模块的所述阻抗变换电路为AD8221运放，输入阻抗达到1012Ω，输入电容只有2Pf；所述量程变换电路允许多种输入数据电压范围：0-10V、0-5V、±10V、±5V、0-20MA、4-20MA、±20MA、±10MA；所述低通滤波器滤为二阶低通滤波器电路，截止频率为100kHz、品质因数Q＝0.707；所述基准电源为标准基准电源REF3225，EF3225基准电源的基准电源电压为2.5V，温度漂移〈3PPM0-125℃，基准输出电流达10MA和低噪声电流10uA；所述AD转换器为ADS831716BIT高速AD转换器，其采样和转换速率达到250KHz；所述数字信号光电隔离器为ISO7231，用于使前端模拟转换电路和后面数字电路在电气上隔离，避免串模和共模干扰。所述DAQ主机为TIAM3517为主处理器的嵌入式工控板，所述DAQ主机接受来自所述DAQ数据采集模块的所述FPGA电路的数据就绪请求接收信号，确认请求接收信号有效后，依次向各DAQ数据采集模块发出数据接收信号，并快速读取各DAQ数据采集模块的数据，对接收的全部数据打包，通过10100M以太网口将数据传送到数据工作站。所述DAQ主机的面板包括CF卡槽、USB插口，在插入CF卡或优盘后，以太网出现故障时，所述DAQ主机将数据自动保存在CF卡或优盘内。所述背板总线包括安装槽1-10，其中安装槽1用于安装所述DAQ主机，安装槽2-10用于安装所述DAQ数据采集模块。本发明还提供一种基于PC和LAN的DAQ高速数据采集网络系统，其特征在于包括：PC机和如权利要求1－8之一所述的DAQ高速数据采集系统，所述PC机通过LAN、HUB或以太网与一个或多个所述DAQ高速数据采集系统耦合。所述PC机与2个DAQ高速数据采集系统耦合，实现48通道数据长时间无断点同步高速连续记录。所述PC机对所述DAQ高速数据采集系统的各通道进行参数配置和控制以及对各通道的数据进行处理。根据本发明，可实现对多通道48通道数据长时间、无断点、同步高速连续记录。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的特征、目的和优点将会变得更明显。图1是MP-SCALE在AGC系统中的示意图；图2是MP-SCALE在AGC系统中油缸内部的安装位置；图3是MP-SCALE的内部结构；图4和图5分别是MP-SCALE的定尺SINCOS及动尺FBK的波形图；图6是根据本发明的高速数据采集器在AGC系统中的示意图；图7是根据本发明实施例的1PC连接4个DAQ数据采集系统；图8是DAQ数据采集系统中的DAQ数据采集模块卡；图9是阻抗变换电路；图10是典型CMRR与频率的关系；图11输入失调电流和电压与温度的关系；图12增益与频率的关系；图13RC有源滤波总框图；图14有源二阶低通滤波器电路；图15二阶低通滤波器幅频特性；图16AD转换时序；图17波形要求图；图18AD转换结果图；图19AD转换原理图；图20ISO7231管脚图；图21是DAQ主机的面板；图22是的背板总线的面板；图23为记录故障波形。具体实施方式下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行具体描述。针对现有的笔录仪器无法实现全天候无间断的对MP-SCLAE进行监控，本申请的发明人开展了基于PC和LAN的DAQ高速数据采集系统研究，研究包括以下几个方面：1、研制带有标准背板总线的可自由组态的多通道、高精度、高速数据集卡DAQ包括开发相应的FPGA控制程序。2、研制可以通过标准背板总线快速读取各DAQ卡采集的数据，并通过以太网将读取的数据转发到上位工作站计算机的数据的转发卡，包括相应的控制程序。3、研发数据处理程序，以保证由DAQ采集得到的数据转换成IbaAnalyze软件兼容的数据格式，并能保证数据长时间无损存盘。通过上述研究，本申请的发明人开发了一种基于PC和LAN的DAQ高速数据采集系统。一、根据本发明的实施例，HDAQ高速数据采集系统由以下三个部分组成：1.带有标准背板总线EISA104的可自由组态的多通道、高精度、高速数据采集卡DAQ一块数据采集卡DAQ含6个数据采集通道，每个数据采集通道由高阻抗低噪声运算放大器、低通滤波器、和16位高速AD转换器组成。为了提高数据采集系统的电磁兼容能力，各通道之间采用了独立供电，并在信道传输中采用了高速光耦隔离。2.带有标准背板总线EISA104的数据转发卡可以通过标准背板总线快速读取各DAQ卡采集的数据，并通过以太网将读取的数据转发到上位工作站计算机。数据转发卡采用Cortex-A8嵌入式CPU。3.数据工作站含有数据处理程序，以保证由DAQ采集得到的数据转换成IbaAnalyze软件兼容的数据格式，并能保证数据长时间无损存盘。二、基于PC和LAN的DAQ高速数据采集系统由1台PC与多个DAQ数据采集系统连接组成。根据本发明的一实施例，1台PC连接4个DAQ数据采集系统组成，参见附图7。一个DAQ数据采集系统安装四块DAQ数据采集模块，一个DAQ数据采集模块卡具有六个输入通道，一个DAQ数据采集系统的最小测量周期为32uS48通道。一个DAQ数据采集系统可以同时同步测量24个通道数据。一个DAQ数据采集系统可以通过HUB或以太网线与PC机直连。通讯速率为192KWS4*1000*48。一个DAQ数据采集系统是由一个DAQ主机和若干块DAQ数据采集模块卡和一块DAQ背板总线组成。DAQ数据采集系统可以自由建立所需的测量环境。组装后即可成为一台式测量仪器也可以安装在机架上作为在线实时监测仪使用。整个DAQ数据采集系统可集成在一个高：5U的KBA鼠笼箱内。三、DAQ数据采集模块卡如图8所示，DAQ数据采集卡具有六个在电气上完全独立的16BITAD转换通道。每个通道是由阻抗变换电路、量程变换电路、有源低通滤波器、AD转换器用基准电源、16BITAD转换器和信号数字光隔离器组成，如图9所示。1.阻抗变换电路阻抗变换电路具有极高的输入阻抗，其阻抗可达20MΩ，高输入阻抗可以避免对被检测对象的影响。同时阻抗变换电路具有较低的输出阻抗，较低的输出阻抗可以良好的与量程变换电路匹配，可以避免应信号源内阻影响量程变换的精度。在本发明的较佳实施例中，数据采集卡中的阻抗变换电路选用AD8221运放。D8221是一款增益可编程、高输入阻抗、低失调漂移、低增益漂移高、高增益精度和高共模抑制高性能仪用放大器，在业界同类产品中，其相对于频率的共模抑制比CMRR最高。当今市场上仪用放大器的CMRR在200Hz开始下降，与之相比，在G＝1时，AD8221最低CMRR达到80dB并宽至10KHz。相对于要求对于频率的高CMRR，AD8221可以有效地抑制宽带和线路谐波。AD8221运放的输入阻抗达到1012Ω，输入电容只有2Pf。保证了数据采集卡的接入不会对原被测系统产生任何影响。同时AD8221的低失调漂移、低增益漂移高、高增益精度特性了保证采集卡在长期运行下的信号传输的正确和稳定。图9示出根据本发明一实施例的阻抗变换电路。图10为典型的CMRR与频率的关系G＝1。图11是输入失调电流和电压与温度的关系图12是增益与频率的关系。2.量程变换电路量程变换电路可以实现允许多种输入信号电压范围：0-10V、0-5V、±10V、±5V、0-20MA、4-20MA、±20MA、±10MA。为保证信号传输精度，量程变换电路采用了精度为0.01％稳定度为5PPM的高精度电阻。3.低通滤波器滤LPF滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，考虑到本系统传感器的工作频率在2KHz以下故采用了二阶低通滤波器滤，其作用是滤去高次谐波和噪声。根据本采集卡对信号的要求，本低通滤波器的通带增益Auf＝1.6；品质因数Q＝0.707；截止频率fH＝100KHz；阻带衰减不小于︳-40dB10oct|。RC有源滤波器由三部分电路组成：RC网络、放大器、反馈网络，其中RC网络滤除无用频率信号，将有用频率信号经放大器进行放大，再将输出信号反馈给放大器输入端。图13示出RC有源滤波总框图RC网络的作用，在电路中RC网络起着滤波的作用，滤掉不需要的信号，从而突出有用频率信号，这样在对波形的选取上起着至关重要的作用，通常主要由电阻和电容组成，其中低通滤波器截止频率放大器的作用，电路中运用了同相输入运放，其输入级由差分式放大电路组成，利用它的对称性可提高整个电路的性能；中间电压放大级的主要作用是提高电压增益；输出级为负载提供一定的功率。其闭环增益同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，使电路在滤波的同时还可以将有用信号频率进行放大。反馈网络的作用，将输出信号的一部分或全部通过放大电路输入端，称为反馈，其中的电路称为反馈网络，反馈网络分为正、负反馈。其作用是利用输出电压通过反馈元件对放大电路起自动调整作用，从而牵制了输出电压的变化，最后达到输出稳定平衡。低通有源滤波器LPF的传输函数，有源滤波器是一种线性系统,通常用增益来描述网络的功能,也就是当初始条件为零时，系统的响应或输出与激励或输入的拉普拉斯变换之比,理论上称为传递函数。二阶低通RC滤波器的传输函数如下：其中Au——电压增益ωc——低通滤波器的截止角频率4.二阶RC有源低通滤波器LPF的设计低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。如图3.7所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。图14有源二阶低通滤波器电路图15为二阶低通滤波器幅频特性曲线。5.电路性能参数通带增益：截止频率即低通滤波器的通带和阻带的界限频率：品质因数其大小影响滤波器在阻带的幅频特性的形状：当2＜Aup＜3时，Q1，在f＝f0处的电压增益将大于Aup，幅频特性在f＝f0处将抬高如图3-8所示。当Aup≥3时，Q＝∞，有源滤波器自激。由于将C1接到输出端，等于在高频端给LPF加了一点正反馈，所以在高频端的放大倍数有所抬高，甚至可能引起自激。6、参数计算设定低通滤波器的截止频率为100kHz、品质因数Q＝0.707，由公式3-3得出Aup＝1.58，又由公式3-1得出由此设定Rf＝9.1kΩ,R1＝15kΩ；为简化计算，设定R2＝R3＝R,C1＝C2＝C；又根据截止频率，由公式3-2初步确定电容值C1＝C2＝C＝51P，由公式3-2得出R2＝R3＝3kΩ低通滤波器的作用是滤去高次谐波和噪声。低通滤器的转折频率f0为5kHz，并对信号以-20db倍频衰减。7.基准电源基准电源为AD转换器提供稳定度极高的标准基准电源。为了保准16位AD转换的精度，本发明采用了REF3225基准电源。REF3225基准电源的基准电源电压为2.5V，温度漂移〈3PPM0-125℃，基准输出电流达10MA和低噪声电流10uA。8.AD转换电路AD转换电路采用ADS831716BIT高速AD转换器，其采样和转换速率达到250KHz，在整个规定的输入电压范围内不会出现漏码。具有极佳的AD转换线性，其非线性误差低到±0.8LSBtyp,±1.5LSBmaxINL。具有极低的失调电压Offset±1MVMAX。极低功耗10MW，在5V供电，转换速率250KHz时。图16示出标准的串行3线SPI接口CS、DCLK、Dout，16位AD转换时序。图17和下表为AD转换的波形要求图。TIMINGINFORMATIONcontinuedTimingCharacteristics图18和下表显示了16位AD转换输入模拟电压与输出二进制及十六进制码对应关系。图19是16位AD转换原理图。其采样和转换速率达到200KHz9.信号隔离电路信号隔离电路可以将前端模拟转换电路和后面的数字电路在电气上完全隔离，避免串模和共模干扰。本案中采用了ISO7231。ISO7231集成了三个信号隔离电路。三个信号隔离电路在芯片内的安排和管脚安排如图20。INA-OUTA：CS片选，由FPGA发出。INB-OUTB：DCLK转换时钟，由FPGA发出。INC-OUTCAD结果输出，由AD转换器发出。FPGA电路实现对各个通道AD转换通道的控制，为各通道提供镜足够大的镜像缓存，和总线访问接口驱动。图20为ISO7231管脚图。ISO7231具有极高的信号传输速率，达到25MbpsS.隔离电压达到560V并具有抗4000V静电干扰EDS能力。10.FPGA电路在本案中采用了Altera公司CycloneIIEPC2C8144I5FPGA。采用FPGA电路实现对各个通道AD转换通道的控制，FPGA接受DAQ主机的命令，按规定时间周期同步启动各通道AD转换，向AD转换电路发送片选信号和转换所需要的市中心号。接收各通道AD转换结果。对各通道转换的结果进行冗余校验，再确定转换数据正确后存入相应的数据缓存区内。EPC2C8144I5FPGA具有36KbitM4KRAM,总RAM数达到165,888bit。采用AlteraFPGA核技术，将165,888bitRAM分成为两个16bit*4KW数据块，为各通道提供足够大的镜像缓存，保证数据在采集记录、和传输过程中连续，不发生断点。FPGA还为总线访问提供接口驱动，实现标准的EISA104总线规范。正是采用FPGA技术来取代以往MCU技术。也就是说用硬件技术取代了软件技术。才能实现数据高速采集连续无断点长时间记录。为了能实现多通道48通道数据长时间无断点同步高速连续记录，本发明采用以下技术：1、根据本发明，采用现场可编程逻辑阵控制器技术FPGA实现软件硬件化。以往记录仪多采用CPU+软件形式工作。在这种形式下工作。记录仪工作是由软件运行控制的。软件控制对每个通道依次进行模数转换AD转换，读取转换结果，然后对数据进行处理，存入缓存，转发。在任何时刻CPU只能执行一个任务，这就会产生以下问题：1.1对N个通道数据记录CPU就要在软件的控制下依次重复N次同样任务，限制了记录仪的记录速度和实时性。1.2在软件运行时间无法准确确定，不能实现N通道数据同步记录，限制了记录仪的使用范围。1.3软件运行电磁兼容性差，容易受干扰产生程序飞跑现象，虽然可以通过看门狗技术可以使程序重新正常工作，但在此时记录停止，记录数据出现断点。采用软件硬件化后，可以非常有效的克服以上问题。FPGA现场可编程逻辑阵控制器是款可以通过VHDL语言对其要实现的功能进行描述。然后通过离线仿真，在线测试等技术反复对其进行修改描述。直至得到满意的预想功能后，通过JTAC接口FPGA芯片自带对FPGA进行编程，改变FPGA逻辑阵结构，实现所期望的功能。在记录仪工作不再受软件控制而是受被改变FPGA逻辑阵控制，实践了软件硬件化。2、创建N个并行同步触发机制由于采用了软件硬件化技术，利用FPGA具有并行处理性能，创建N个输入通道数据处理功能块，每个功能块包含启动模拟信号至数字信号转换AD转换、读取数据信息、数字滤波、数据冗余处理和数据保存。N个输入通道数据处理功能块在同步周期时钟触控制下，周期的同步工作。经仿真和实际测试AD转转消耗5us，数据读取0.02us，数字滤波0.02us、数据冗余处理4次，数据保存0.02us,依次N通道数据处理共消耗25us。由于采用了FPGA技术，并行同步实践触发机制。原理上讲，数据获取记录速度与通道数多少无关。实际使用了48通道，完全实现了预期性能和技术要求。与传统的CPU+软件方式相比速度提高了48倍对48通道而言。由此可见传统的CPU+软件方式是无法实践上述性能的。3、创建数据管道保存技术FPGA中使用数据管道保存技术先进先出FIFO技术不仅可大大提高数据缓存转发效率，而且可以降低FPGA逻辑单元的消耗，提高FPGA的利用率，降低设备的`制造成本。其实现方法就是在每个通道数据处理功能模块中创建一个一定长度的数据管道缓存FIFORAM，本设备中创建长度为128BYTE。数据管道缓存入口逻辑连接数据冗余处理输出，数据管道缓存出口连至TCP传送模块输入口。每个数据管道缓存配置两个计数器。一个为数据进栈计数器，用于记录数据进栈的个数，是个加计数器。另一个是出栈计数器，用于记录出栈数据计数，也是个加法计数器。通过对恋歌计数器进行代数运算，来控制启动数据出栈及自动调节数据出栈速度。当数据进栈个数达到一定数目时，启动数据出栈，数据进栈速度由AD转换周期决定，本设备为32.25us。而数据出栈速度由数据进栈计数器和出栈计数器比较后自动调节。当进栈计数达到一定长度，且进栈计数增速大于出栈计数增速时，出栈速度自动加快。当出栈计数减进栈计数小于进栈计数长度时，停止数据出栈。保证了数据管道缓存中始终有一定数据在高速流动，既不会被读空，也不会出现数据溢出。每个数据管道缓存多分配一定长度的地址，每个数据缓存地址在整个设备中是唯一的。且按通道号线性排列4、多线程技术在FPGA中创建两个线程，一个线程用于处理N通道数据读取处理，在这个线程包含48通道本设备并行同步触发机制逻辑模块实现对48通道数据进行同步处理功能。另一个线程由于数据转发，在改线程中利用了FPGA核技术创建了TCP发送功能模块。当并行同步触发机制逻辑模块记录数据达到一定长度，同时启动48个数据管道缓存中数据出栈。此时，TCP数据转发线程工作，按线性排列读取各个数据管道缓存中数据，通过TCP发送接口将数据送至局域网或广域网。5、功能描述语言流程通过功能描述语言流程实现对FPGA初始化；创建48个长度为128BFIFO、48个并行同步出发机制模块、TCP发送核、以及分配各个IO功能；通过线程1实现对48个通道的启动AD转换、读取转换结果、数字滤波、数据冗余纠错、数据进栈；通过线程2实现等待数据出栈、检测数据出栈、读取各FIFO数据、以及发送数据。11.DAQ数据采集卡技术指标四、DAQ主机DAQ主机是一款以Cortex-A8芯片TIAM3517作为主处理器的嵌入式工控板，该CPU基于Cortex-A8核设计。可以支持24位地址总线和16位数据总线，提供USB2.0、SDCard、UART、CAN、SPI、IIC和自适应10100M以太网。支持winCE6.0操作系统。支持热插拔。与其配合的是一块Altera公司MAXIIEPC570T144I3CPLD。EPC570T144I3CPLD作用是将Cortex-A8支持24位地址总线和16位数据总线配置为符合EISAPC104规范的总线接口，以实现通过构造的EISA104总线，DAQ主机可以与若干块数据采集卡进行数据访问。构造EISA数据总线拥有16位数据总线、24位地址总线、6根控制总线RD读控制、WR写控制、MEN内存访问使能、BHEN16位数据访问、IRQ访问请求和DAM块访问请求。EISAPC104总线访问速率达到4MWS。DAQ主机的工作任务是接受来自采集卡上FPGA的数据就绪请求接收信号，经确认是有效请求后，依次向个数据采集卡发出数据接收信号，并快速读取个采集卡的数据。并将所有接收的数据打包，通过10100M以太网口把数据传送到数据工作站。在插入CF卡或优盘后，当以太网出现故障时，DAQ主机将数据自动保存在CF卡或优盘内。由于数据没有进行压缩处理，所以保存数据量大约920MH。数据保存长度视CF卡和优盘容量而定。DAQ主机技术指标DAQ主机软件功能接受PC机发出的DAQ机架的配置参数、远控触发命令按机架配置参数和控制命令和DAQ采集卡数据请求接受中断，接受的数据以西门子TDC以太网通讯协议格式向PC机转发数据。读取机架中各DAQ采集卡的工作状态，并分别用LED指示。定时向PC机发各DAQ采集卡工作状态信息。按机架配置参数和远控命令来控制采集数据的记录长度。当网络通讯故障时，自动将数据保存到CF卡或U盘中。图21为DAQ主机面板。五、背板总线图22示出DAQ采集卡数据系统的背板总线。背板总线包含16根数据、总线24根地址总线、2根读写线2根中断请求线、1内存操作线、1根设备就绪线和根设备忙线。DAQ主机与采集卡通过背板总线进行数据交换。一个DAQ数据采集系统机架可接纳9个DAQ数据采集卡。背板总线1#槽安装DAQ主机。背板总线2#槽安装1#DAQ采集卡，此槽不能为空。背板总线3-10#槽可根据需要安装DAQ采集卡。六、PC机配置要求根据本发明的实施例，1台PC机可以与4个DAQ数据采集系统连接，可以同时处理48个通道的数据量。PC机技术指标PC机软件功能组态DAQ系统1、配置机架个数，设置各机架DAQ主机指向的IP和端口号2、配置各机架中DAQ采集卡的个数。3、设定触发方式，记录长度。每个机架的触发方式和记录长度可以分别设置。触发方式何记录长度见DAQ采集卡技术指标表中描述。4、将上述2、3项中的内容通过以太网送入各机架上的DAQ主机中。对各个通道进行控制参数配置1、通道输入类型和范围：0-5V0-10V±10V±10V0-20MA4-20MA±20MA±10MA2、工程量程设定：0.0000-99999.00003、采样周期设定250uS---60S，档间是250uS的倍数通过以太网对各机架的DAQ主机进行对时、发布远控触发命令。对各个通道数据进行处理1、按各通道设定的测量周期提取数据。2、对提取的数据按设定的工程量进行量化处理。3、按PDA分析软件进行数据压缩。4、按PDA格式和要求存硬盘。数据保存时间90天。七、实际记录结果显示图23为记录故障波形。八、达到的技术指标和技术效果根据本发明的一实施例，达到了以下技术指标：1、实现48通道同步转换，转换周期32us2、数据保存格式与Iba6.12完全兼容3、能实现1.8MWS速率数据同步转发DAQ转发板4、能实现5.6MWS数据接收、压缩、存盘PC机，其配置见PC机技术指标。5、存盘保存时间7天循环6、数据无断点7、数据转发压缩误码率小于110-98、DAQ系统平均无故障时间大于20000小时。根据本发明，实现对多通道48通道数据长时间、无断点、同步高速连续记录。最后，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，在不脱离本发明构思的前提下还可以作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

权利要求：1.一种用于MP-SCALE运行状态监测的高速数据采集器，其特征在于：所述DAQ高速数据采集系统包括主机模块、一个或多个数据采集模块和背板总线，其中：所述主机模块为DAQ主机；所述数据采集模块包括多个在电气上独立的多个AD转换通道和对各AD转换通道进行控制的FPGA电路，其中，每个所述AD转换通道包括阻抗变换电路、量程变换电路、有源低通滤波器、AD转换器、基准电源和数字信号光电隔离器，所述DAQ主机通过背板总线与所述多个DAQ数据采集模块进行数据交换，所述FPGA电路接受DAQ主机的命令、在规定时间周期同步启动各AD通道的AD转换、向AD转换器发送片选信号、接收各AD转换通道的AD转换结果、对各AD通道转换的结果进行冗余校验、转换数据确定正确后将其存入相应的数据缓存区内，由此为各AD通道提供足够大的镜像缓存，以保证数据在采集记录和传输过程中连续、不发生断点。2.如权利要求1所述的一种用于MP-SCALE运行状态监测的高速数据采集器，其特征在于：所述FPGA电路为现场可编程逻辑阵控制器，通过VHDL语言对其功能进行描述，通过离线仿真、在线测试技术对其进行修改，通过JTAC接口对FPGA进行编程，改变FPGA逻辑阵结构，实现FPGA软件硬件化。3.如权利要求1所述的一种用于MP-SCALE运行状态监测的高速数据采集器，其特征在于：所述DAQ数据采集模块的数目为1-9，每个所述DAQ数据采集模块包括6通道。4.如权利要求1或2所述的一种用于MP-SCALE运行状态监测的高速数据采集器，其特征在于：所述DAQ数据采集模块的数目为4，一个DAQ数据采集系统可同时同步测量24个通道的数据。5.如权利要求1所述的一种用于MP-SCALE运行状态监测的高速数据采集器，其特征在于：所述DAQ数据采集模块的所述阻抗变换电路为AD8221运放，输入阻抗达到1012Ω，输入电容只有2Pf；所述量程变换电路允许多种输入数据电压范围：0-10V、0-5V、±10V、±5V、0-20MA、4-20MA、±20MA、±10MA；所述低通滤波器滤为二阶低通滤波器电路，截止频率为100kHz、品质因数Q＝0.707；所述基准电源为标准基准电源REF3225，EF3225基准电源的基准电源电压为2.5V，温度漂移〈3PPM0-125℃，基准输出电流达10MA和低噪声电流10uA；所述AD转换器为ADS831716BIT高速AD转换器，其采样和转换速率达到250KHz；所述数字信号光电隔离器为ISO7231，用于使前端模拟转换电路和后面数字电路在电气上隔离，避免串模和共模干扰。6.如权利要求1所述的一种用于MP-SCALE运行状态监测的高速数据采集器，其特征在于：所述DAQ主机为TIAM3517为主处理器的嵌入式工控板，所述DAQ主机接受来自所述DAQ数据采集模块的所述FPGA电路的数据就绪请求接收信号，确认请求接收信号有效后，依次向各DAQ数据采集模块发出数据接收信号，并快速读取各DAQ数据采集模块的数据，对接收的全部数据打包，通过10100M以太网口将数据传送到数据工作站。7.如权利要求6所述的一种用于MP-SCALE运行状态监测的高速数据采集器，其特征在于：所述DAQ主机的面板包括CF卡槽、USB插口，在插入CF卡或优盘后，以太网出现故障时，所述DAQ主机将数据自动保存在CF卡或优盘内。8.如权利要求1所述的一种用于MP-SCALE运行状态监测的高速数据采集器，其特征在于：所述背板总线包括安装槽1-10，其中安装槽1用于安装所述DAQ主机，安装槽2-10用于安装所述DAQ数据采集模块。9.一种基于PC和LAN的DAQ高速数据采集网络系统，其特征在于包括：PC机和如权利要求1－8之一所述的用于MP-SCALE运行状态监测的高速数据采集器，所述PC机通过LAN、HUB或以太网与一个或多个所述DAQ高速数据采集系统耦合。10.如权利要求9所述的基于PC和LAN的DAQ高速数据采集网络系统，其特征在于：所述PC机与2个DAQ高速数据采集系统耦合，实现48通道数据长时间无断点同步高速连续记录。11.如权利要求9所述的基于PC和LAN的DAQ高速数据采集网络系统，其特征在于：所述PC机对所述DAQ高速数据采集系统的各通道进行参数配置和控制以及对各通道的数据进行处理。

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