[发明专利]基于DSP的旋转机械振动检测及保护系统

说明书

技术领域

本发明涉及测量振动的测量器具，特别涉及一种基于DSP的旋转机械振动检测及保护系统。

背景技术

随着电力行业发电机组的容量不断增大及各种旋转机械的体积和容量不断增大，为了防止事故的发生，做到防范于未然，旋转机械振动检测及保护系统应用将越来越广泛。

在旋转机械状态监测和故障诊断中，振动信号能最迅速最直接地反映旋转机械设备的运行状态，70％以上的运行故障都以振动形式表现出来。由于振动信号在工频(或基频)及其各倍频处的能量分布直接反映了设备运行状态，因此需要在数倍于工频的范围内能够对其振动频谱进行分析，即要求作为振动信号的状态监测系统具有采样频率高以及信号处理量大等特性。

现有大部分旋转机械振动检测及保护系统一般采用单片机来进行数据采集及处理，然而由于单片机运算能力有限，通常只能解决快速采样的问题，对于高速、大量的信号处理无能为力。因此，状态监测功能只能由计算机完成，这就增加了系统的复杂度和成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种基于DSP的旋转机械振动检测及保护系统，该系统采用DSP处理器作为振动信号运算CPU，可以完成振动信号的高速采集，并且采用精度更高的FFT算法、积分算法及滤波算法等，由于具有强大的信号处理能力，不但提高了解算精度，而且能够快速地完成状态监测保护功能，减轻上位机的运算负荷。

为解决上述技术问题，所述的基于DSP的旋转机械振动检测及保护系统，主要包括电源模块、传感器供电模块，传感器信号采集调理模块、微处理器MCU模块；

电源模块，用于提供+3.3V、+5V、—5V、+15V、—15V电压等级的系统电源分别给传感器、MCU等供电；

传感器供电模块，用于给不同种类的传感器提供不同的供电模式；其特征在于：

传感器信号采集调理模块，包括通道1传感器接口、通道1模拟电路、通道1模数转换电路、通道2传感器接口、通道2模拟电路、通道2模数转换电路；传感器信号采集调理模块分别通过通道1传感器接口、通道2传感器接口采集来自相应传感器的信号，并分别经通道1模拟电路、通道2模拟电路放大、滤波、积分及通道1模数转换电路、通道2模数转换电路采样后进入后续信号处理阶段；

微处理器MCU模块，用于监控整个系统，给予报警、跳机、通道正常判断、模块故障判断、传感器状态判断、过载判断；

在所述传感器信号采集调理模块和微处理器MCU模块之间还设有一个DSP模块，该DSP模块包括通道1 DSP模块和通道2 DSP模块，分别通过SPI口接收通道1模数转换电路、通道2模数转换电路采样后的信号并进行处理；根据不同的传感器及控制方式等情况，由微处理器MCU模块决定DSP模块采用相应的数值信号处理算法，如决定DSP模块采样数据同步或异步方式，决定采样后的数据积分、滤波与否以及所采用的滤波器种类；DSP模块将处理后的数据由HPI接口传给微处理器MCU模块。

其中，所述DSP模块实现振动信号数据采集时，所采用的信号采样时钟为外部信号，启动数据采集的触发方式有外部触发和软件触发两种；DSP模块采用的数字信号处理算法为4阶椭圆低通数字滤波器和2阶椭圆高通数字滤波器。

其中，所述DSP模块包括中断程序模块、中断管理模块及工作方式及算法确定模块。

其中，所述中断程序模块包括3个中断服务程序：第一个中断服务程序是由微处理器MCU模块提供的采样时钟，用于与DSP模块之间的数据传输；第二个中断服务程序是由转速卡提供的键相信号，用于数据采集的外部触发；第三个中断服务程序是由微处理器MCU模块提供的同步脉冲，保证双DSP模块的同步采集。

其中，所述微处理器MCU模块设有USB通讯接口、CAN通讯接口、485通讯接口、4—20mA输出接口和继电器输出接口。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、由于实时状态监测大容量数据高速传输的需要，系统采用数字信号处理器（DSP）芯片作为振动信号采集卡的运算单元，DSP采用了多总线的哈佛结构、专用的硬件乘法器、多级流水线操作和专用的DSP指令等方法使其获得了高速并行处理能力。不仅可以完成振动信号的高速采集，采用精度更高的FFT算法，提高解算精度，而且能够发挥其强大的信号处理能力，完成状态监测功能，减轻上位机的运算负荷。