一种基于多核异构的数据采集装置及其数据处理方法与流程

本发明涉及数据采集，特别涉及一种基于多核异构的数据采集装置及其数据处理方法。

背景技术：

1、旋转机械在持续高速运转的过程中极易产生机械共振和异常振动，其可能会导致严重的机械故障甚至引发安全事故，因此实时监测振动信号对其安全稳定运行至关重要。在复杂的生产环境下，传统的单通道数据采集监测方法效率低下，难以满足生产需求，如何实现对振动信号的多通道高速同步采集仍然是个难点。

技术实现思路

1、本发明正是基于上述问题，提出了一种基于多核异构的数据采集装置及其数据处理方法，能够实现旋转机械的振动数据的多通道高速同步采集。

2、有鉴于此，本发明的第一方面提出了一种基于多核异构的数据采集装置，包括用于采集数据多路数据的多个传感器，与所述传感器的信号输出通道数量对应的用于将所述传感器输出的模拟信号转换为数字信号的模数转换器以及用于对转换为数字信号的数据进行处理的控制器，所述传感器包括用于采集振动信号的振动传感器，所述控制器包括用于缓存信号数据和核间通信数据的共享内存，用于配置数据采集参数和执行数据分析的第一处理器，用于执行信号数据分包以生成第一信号数据包写入所述共享内存中的抽样任务缓冲队列的第二处理器以及用于根据预先配置的采样率对所述第一信号数据包执行数据抽样以生成第二信号数据包写入所述共享内存中的分析任务缓冲队列的第三处理器。

3、优选的，所述第一处理器包括用于运行操作系统和应用程序的第一内核以及基于所述第一内核运行的驱动程序执行数据分析的第二内核，所述第二内核为单指令多数据架构的专用处理器内核。

4、优选的，所述模数转换器为多通道高速模数转换器，所述模数转换器的数量满足：

5、nadc×adcch≥nshaft+nvibr+nproc，

6、其中，nadc为所述模数转换器的数量，adc_ch为每个模数转换器的通道数，nshaft为所监测的轴系的数量，nvibr为所述振动传感器的数量，nproc为所述过程量传感器的数量。

7、本发明的第二方面提出了一种基于多核异构的数据处理方法，包括：

8、第二处理器从nvibr个信号数据通道分别获取振动传感器检测得到的振动信号数据；

9、第二处理器对所述振动信号数据进行分包以生成第一信号数据包写入所述共享内存中的抽样任务缓冲队列中；

10、第三处理器对所述抽样任务缓冲队列中的第一信号数据包执行数据抽样以生成第二信号数据包写入所述共享内存中的分析任务缓冲队列中；

11、第一处理器对所述分析任务缓冲队列中的第二信号数据包执行分析和上传操作。

12、优选的，第二处理器对所述振动信号数据进行分包以生成第一信号数据包写入所述共享内存中的抽样任务缓冲队列中的步骤具体包括：

13、从共享内存读取第一配置参数，所述第一配置参数包括所述第一信号数据包的封装参数；

14、从所述模数转换模块读取每一个信号数据通道的信号数据；

15、将所述信号数据分割成对应所述封装参数中的发送数据长度的数据块；

16、将每一个数据块封装为所述第一信号数据包；

17、将所述第一信号数据包写入所述共享内存中的抽样任务缓冲队列中。

18、优选的，第三处理器对所述第一信号数据包执行数据抽样以生成第二信号数据包写入所述共享内存中的分析任务缓冲队列中的步骤具体包括：

19、从共享内存读取第二配置参数，所述第二配置参数包括对所述第一信号数据包执行数据抽样的采样率；

20、基于所述第二配置参数中的采样率从所述第一信号数据包的振动信号数据中进行等间隔采样得到对应的离散数据点序列；

21、将所述离散数据点序列打包生成所述第二信号数据包；

22、将所述第二信号数据包写入所述共享内存中的分析任务缓冲队列。

23、优选的，第一处理器对所述分析任务缓冲队列中的第二信号数据包执行分析和上传操作的步骤具体包括：

24、读取第三配置参数，所述第三配置参数包括各个信号数据通道所属的轴系信息；

25、根据所述第三配置参数将从nvibr个信号数据通道的振动信号数据划分为nshaft个轴系的振动信号数据；

26、对各个轴系的振动信号数据执行时域对齐处理；

27、基于执行时域对齐处理后的振动信号数据生成每个信号数据通道的待分析数据；

28、将所述待分析数据打包生成所述第二信号数据包；

29、将所述第二信号数据包写入所述共享内存中的分析任务缓冲队列。

30、优选的，对各个轴系的振动信号数据进行时域对齐处理的步骤具体包括：

31、判断所述振动信号数据是否为无键信号数据；

32、当所述振动信号数据为无键信号数据时，对所述振动信号数据执行傅里叶变换得到所述振动信号数据的频域信号；

33、计算所述频域信号的幅值相位；

34、根据所述幅值相位对同一个轴系的振动信号数据的频域信号进行相位平移；

35、对相位平移后的频域信号执行反傅里叶变换得到对应的时域信号。

36、优选的，第一处理器对所述分析任务缓冲队列中的第二信号数据包执行分析和上传操作的步骤具体包括：

37、对所述第二信号数据包中的待分析数据进行报警判断；

38、根据所述报警判断的结果确定各个轴系的报警状态是否发生变化；

39、当任一轴系的报警状态发生变化时，生成并上传对应轴系的机组事件数据；

40、对于报警状态未发生变化的轴系，按照预设的时间间隔上传实时数据和历史数据。

41、优选的，在根据所述报警判断的结果确定各个轴系的报警状态是否发生变化的步骤之后，还包括：

42、当任一轴系的报警状态发生变化，且其报警状态为从正常状态变化为异常状态时，定义对应轴系的异常周期累加变量并对其初始化赋值countishaft＝1；

43、当任一轴系的报警状态没有发生变化，且其报警状态为异常状态时，对其异常周期累加变量countishaft进行累加，每次累加的步长为1；

44、获取预先配置的计数变更步长coutstep、默认采样率f0和采样率变更步长fstep；

45、判断所述异常周期累加变量countishaft是否满足

46、其中mod()为取余函数；

47、当所述异常周期累加变量countishaft满足时，计算第ishaft个轴系的采样率：

48、

49、向所述第二处理器发送第ishaft个轴系的采样率变更指令，所述采样率变更指令包含重新计算得到的采样率fishaft。

50、本发明提出了一种基于多核异构的数据采集装置及其数据处理方法，通过设置用于采集数据多路数据的多个传感器，与传感器的信号输出通道数量对应的模数转换器以及用于对转换为数字信号的数据进行处理的控制器，传感器包括用于采集振动信号的振动传感器，控制器包括用于缓存信号数据和核间通信数据的共享内存，用于配置数据采集参数和执行数据分析的第一处理器，用于执行信号数据分包以生成第一信号数据包写入共享内存中的抽样任务缓冲队列的第二处理器以及用于根据预先配置的采样率对第一信号数据包执行数据抽样以生成第二信号数据包写入共享内存中的分析任务缓冲队列的第三处理器，能够实现旋转机械的振动数据的多通道高速同步采集。