基于框架式的海量数据采集通讯平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于框架式的海量数据采集通讯平台，即本平台包括机架和PCB背板，所述PCB背板设于所述机架底面，还包括通讯板卡、两块电源板卡、若干数据采集板卡和若干板卡插槽，所述PCB背板设有差分通讯线、同步触发线和电源线，所述若干板卡插槽分别间隔设于所述背板上并连通所述差分通讯线、同步触发线和电源线，所述通讯板卡、两块电源板卡和若干数据采集板卡分别插入所述若干板卡插槽。本数据采集通讯平台克服了传统生产设备数据采集通讯的缺陷，实现集中式、多参量数据信号的实时采集、并具备海量数据的通讯能力，提高了监测系统的数据处理能力，确保对生产系统进行实时监控和故障诊断。
【专利说明】基于框架式的海量数据采集通讯平台
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种基于框架式的海量数据采集通讯平台。
【背景技术】
[0002]在大中型企业中，为提高生产产品的质量，需要对一组设备或一条产线上的所有设备做连续、集中的监控，提取设备运行时的各种数据，从而判别设备或产线是否处于最佳运行状态。实现这些技术的关键是需要对设备的各项数据进行连续采集，同时，再将采集的数据快速传送给上位机单元，上位机单元对这些数据进行计算、处理和优化。最终将结果反馈给生产系统，并指导生产系统处于最佳运行状态。
[0003]如在汽车行业针对汽车发动机的工作状态及相关数据，研发发动机参数优化及试验系统，监测采集发动机的各种工作参数，如进气量、喷油量、喷油时间、点火时间、转速、扭矩、压力、振动、温度等，并对采集到的数据进行全面的分析，不断优化发动机参数，使发动机噪声降低、功率提升、油耗降低，从而提高汽车发动机的产品质量。同样在冶金行业，随着对产品质量及连续化生产要求的不断提高，强化了众多设备状态在线监测的研宄与实施工作，其中对轧钢过程中产生的钢板表面振动纹监测研宄，将轧机张力、机架振动等多种参数进行实时采集和分析诊断，目前已能够判别部分类型的振动纹；针对冷轧连退机组断带问题，建立断带监测诊断系统，并对焊机、板带边裂、张力等多种参数进行监测和诊断，有效消除断带现象。
[0004]但是上述的实时监测系统需基于生产现场海量数据的采集和传输，而目前大多设备或产线的数据采集点分布范围较大，往往采用单点数据采集和传输，对于需采集的振动、电压、电流、超声波、涡流、转速、温度、压力等数据的集成度较差，并且由于采集的数据量大，其传输存在一定的瓶颈，降低了实时监测系统的数据处理能力，影响生产系统的实时监控和故障诊断。
【发明内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于框架式的海量数据采集通讯平台，本数据采集通讯平台克服了传统生产设备数据采集通讯的缺陷，实现集中式、多参量数据信号的实时采集、并具备海量数据的通讯能力，提高了监测系统的数据处理能力，确保对生产系统进行实时监控和故障诊断。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型基于框架式的海量数据采集通讯平台包括机架和PCB背板，所述PCB背板设于所述机架底面，还包括通讯板卡、两块电源板卡、若干数据采集板卡和若干板卡插槽，所述PCB背板设有差分通讯线、同步触发线和电源线，所述若干板卡插槽分别间隔设于所述PCB背板上并连通所述差分通讯线、同步触发线和电源线，所述通讯板卡、两块电源板卡和若干数据采集板卡分别插入所述若干板卡插槽。
[0007]进一步，所述数据采集板卡包括CPU单元、前端模拟调理单元、并行AD转换单元、总线驱动器、可编程逻辑器、高速静态存储器、串行闪存存储器和以太网接口单元，所述CPU单元分别双向连接所述总线驱动器、可编程逻辑器、高速静态存储器、串行闪存存储器和以太网接口单元，所述前端模拟调理单元经所述并行AD转换单元双向连接所述总线驱动器。
[0008]进一步，所述通讯板卡包括以太网交换芯片、DC/DC电源芯片、千兆以太网接口单元、千兆网络变压器、百兆网络变压器和若干百兆以太网接口单元，所述DC/DC电源芯片输出端连接所述以太网交换芯片电源端，所述以太网交换芯片信息端分别双向连接所述千兆以太网接口单元和若干百兆以太网接口单元，所述千兆以太网接口单元输出端连接所述千兆网络变压器输入端，所述若干百兆以太网接口单元输出端分别连接所述百兆网络变压器输入端。
[0009]进一步，所述若干数据采集板卡分为主卡和从卡，所述主卡通过所述同步触发线同步触发所述从卡采集数据。
[0010]进一步，所述数据采集板卡和电源板卡分别是隔离式数据采集板卡和隔离式电源板卡，所述电源板卡的电源功率是200W。
[0011]进一步，所述若干数据采集板卡分别通过各种传感器采集振动、电压、电流、超声波、涡流、转速、温度、压力数据。
[0012]进一步，所述机架是4U、19英寸标准机箱。
[0013]由于本实用新型基于框架式的海量数据采集通讯平台采用了上述技术方案，即本平台包括机架和PCB背板，所述PCB背板设于所述机架底面，还包括通讯板卡、两块电源板卡、若干数据采集板卡和若干板卡插槽，所述PCB背板设有差分通讯线、同步触发线和电源线，所述若干板卡插槽分别间隔设于所述PCB背板上并连通所述差分通讯线、同步触发线和电源线，所述通讯板卡、两块电源板卡和若干数据采集板卡分别插入所述若干板卡插槽。本数据采集通讯平台克服了传统生产设备数据采集通讯的缺陷，实现集中式、多参量数据信号的实时采集、并具备海量数据的通讯能力，提高了监测系统的数据处理能力，确保对生产系统进行实时监控和故障诊断。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明:
[0015]图1为本实用新型基于框架式的海量数据采集通讯平台示意图；
[0016]图2为本数据采集通讯平台中数据采集板卡的原理框图；
[0017]图3为本数据采集通讯平台中通讯板卡的原理框图。
【具体实施方式】
[0018]如图1所示，本实用新型基于框架式的海量数据采集通讯平台包括机架I和PCB背板2，所述PCB背板2设于所述机架I底面，还包括通讯板卡5、两块电源板卡6、若干数据采集板卡4和若干板卡插槽3，所述PCB背板2设有差分通讯线8、同步触发线7和电源线9，所述若干板卡插槽3分别间隔设于所述PCB背板2上并连通所述差分通讯线8、同步触发线7和电源线9，所述通讯板卡5、两块电源板卡6和若干数据采集板卡4分别插入所述若干板卡插槽3。
[0019]进一步，如图2所示，所述数据采集板卡包括CPU单元41、前端模拟调理单元42、并行AD转换单元43、总线驱动器44、可编程逻辑器45、高速静态存储器46、串行闪存存储器47和以太网接口单元48，所述CPU单元41分别双向连接所述总线驱动器44、可编程逻辑器45、高速静态存储器46、串行闪存存储器47和以太网接口单元48，所述前端模拟调理单元42经所述并行AD转换单元42双向连接所述总线驱动器44。
[0020]前端模拟调理单元将传感器信号进行滤波、放大等一系列调理，从而能满足AD转换要求；并行AD转换单元是16位精度，将来自前端模拟调理单元的模拟信号转换成数字信号；总线驱动器用于提高了 CPU单元的总线驱动能力，同时为总线设置了一层屏蔽，提高系统的抗干扰能力；CPU单元是整个系统的核心，完成整个平台的数据采集、打包、通讯等功能；高速静态存储器用于采集数据的暂存；可编程逻辑器管理整个系统的时序，包括AD采样时序、存储时序等；串行闪存存储器保存系统内所有参数，如通讯参数、采集配置参数等。
[0021]进一步，如图3所示，所述通讯板卡包括以太网交换芯片51、DC/DC电源芯片52、千兆以太网接口单元53、千兆网络变压器55、百兆网络变压器56和若干百兆以太网接口单元54，所述DC/DC电源芯片52输出端连接所述以太网交换芯片51电源端，所述以太网交换芯片51信息端分别双向连接所述千兆以太网接口单元53和若干百兆以太网接口单元54，所述千兆以太网接口单元53输出端连接所述千兆网络变压器55输入端，所述若干百兆以太网接口单元54输出端分别连接所述百兆网络变压器56输入端。
[0022]以太网交换芯片具备最大24 口百兆通讯和2 口千兆通讯能力；DC/DC电源芯片将外部电源转换成板卡所需的各种电源，百兆以太网接口单元和千兆以太网接口单元可具备40路百兆通讯和一路千兆光纤通讯能力，提高海量数据并发通讯速度；同时百兆以太网接口单元和千兆以太网接口单元分别通过百兆网络变压器和千兆网络变压器进行数据隔离后与上位机通讯，并且提供若干数据采集板卡内部的互联。
[0023]进一步，所述若干数据采集板卡4分为主卡和从卡，所述主卡通过所述同步触发线7同步触发所述从卡采集数据。
[0024]进一步，所述数据采集板卡4和电源板卡6分别是隔离式数据采集板卡和隔离式电源板卡，所述电源板卡6的电源功率是200W。
[0025]进一步，所述若干数据采集板卡4分别通过各种传感器采集振动、电压、电流、超声波、涡流、转速、温度、压力数据。
[0026]进一步，所述机架I是4U、19英寸标准机箱。
[0027]本采集通讯平台中，PCB背板是若干数据采集板卡与通讯板卡间的通讯桥梁，同时电源板卡经PCB背板向若干数据采集板卡和通讯板卡提供工作电源，各数据采集板卡经传感器采集到的数据通过PCB背板传送到通讯板卡，后者再通过双绞线或光纤将数据传输给远端的上位机，从而建立数据采集板卡与上位机之间的数据通讯通道。本平台最大可提供100Mbps的通讯速率，满足用户海量数据通讯的应用需求。此外，数据采集板卡可开发为采集振动、电压、电流、超声波、涡流、转速、温度、压力数据等多种输入方式，只需按指定的接口应用即可；同时各数据采集板卡之间可随意组合，极大的提高了数据采集的灵活性。数据采集板卡具有同步采集功能，可设置为主卡和从卡，主卡通过背板上的同步触发线同步从卡进行数据采集，同步精度为uS级；数据采集板卡和电源板卡采用隔离式设计，板卡之间互不干扰，提高了生产现场数据采集和传输的抗干扰能力。
[0028]生产现场设备或产线数据采集点的信号经各种传感器按照不同的种类接入到各自的数据采集板卡，随后，数据采集板卡的主卡发出同步指令，触发各从卡进行数据采集，各数据采集板卡采集到的信号经过CPU单元处理、打包后，通过PCB背板的差分通讯线传送至通讯板卡，通讯板卡再通过双绞线或光纤将数据传送给远端上位机，从而建立了数据采集板卡与上位机之间的数据通讯通道。上位机安装有相应的应用软件，按用户不同的需求进行计算和显示。同时，上位机可通过设置命令控制每块数据采集板卡的采样参数，本平台与上位机之间通过以太网的TCP/IP协议进行数据的互联，实现生产现场海量数据的采集和通讯，与传统的专业监测设备相比，本平台具有组合灵活、通道扩充方便、通讯速率快等特点，满足生产过程中各关键设备、关键参数的实时监测，确保对生产系统进行实时监控和故障诊断，有效提高产品的质量和产量。
【权利要求】
1.一种基于框架式的海量数据采集通讯平台，包括机架和PCB背板，所述PCB背板设于所述机架底面，其特征在于:还包括通讯板卡、两块电源板卡、若干数据采集板卡和若干板卡插槽，所述PCB背板设有差分通讯线、同步触发线和电源线，所述若干板卡插槽分别间隔设于所述PCB背板上并连通所述差分通讯线、同步触发线和电源线，所述通讯板卡、两块电源板卡和若干数据采集板卡分别插入所述若干板卡插槽。
2.根据权利要求1所述的基于框架式的海量数据采集通讯平台，其特征在于:所述数据采集板卡包括CPU单元、前端模拟调理单元、并行AD转换单元、总线驱动器、可编程逻辑器、高速静态存储器、串行闪存存储器和以太网接口单元，所述CPU单元分别双向连接所述总线驱动器、可编程逻辑器、高速静态存储器、串行闪存存储器和以太网接口单元，所述前端模拟调理单元经所述并行AD转换单元双向连接所述总线驱动器。
3.根据权利要求1所述的基于框架式的海量数据采集通讯平台，其特征在于:所述通讯板卡包括以太网交换芯片、DC/DC电源芯片、千兆以太网接口单元、千兆网络变压器、百兆网络变压器和若干百兆以太网接口单元，所述DC/DC电源芯片输出端连接所述以太网交换芯片电源端，所述以太网交换芯片信息端分别双向连接所述千兆以太网接口单元和若干百兆以太网接口单元，所述千兆以太网接口单元输出端连接所述千兆网络变压器输入端，所述若干百兆以太网接口单元输出端分别连接所述百兆网络变压器输入端。
4.根据权利要求1所述的基于框架式的海量数据采集通讯平台，其特征在于:所述若干数据采集板卡分为主卡和从卡，所述主卡通过所述同步触发线同步触发所述从卡采集数据。
5.根据权利要求1所述的基于框架式的海量数据采集通讯平台，其特征在于:所述数据采集板卡和电源板卡分别是隔离式数据采集板卡和隔离式电源板卡，所述电源板卡的电源功率是200W。
6.根据权利要求1所述的基于框架式的海量数据采集通讯平台，其特征在于:所述若干数据采集板卡分别通过各种传感器采集振动、电压、电流、超声波、涡流、转速、温度、压力数据。
7.根据权利要求1所述的基于框架式的海量数据采集通讯平台，其特征在于:所述机架是4U、19英寸标准机箱。
【文档编号】H04L29/08GK204216935SQ201420664158
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年11月10日 优先权日:2014年11月10日
【发明者】宋杰峰, 章海, 汪子颉, 李时昌, 张晓超 申请人:上海宝钢工业技术服务有限公司