一种多功能实时同步采集物联网网关的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及物联网技术领域，尤其设及一种多功能实时同步采集物联网网关。
【背景技术】
[0002] 物联网关的工作环境一般都处于无人值守条件下，完成初步设置后网关开始进行 工作，未来它将成为连接感知网络与传统通信网络的纽带。作为网关设备，物联网网关可W 实现感知网络与通信网络，W及不同类型感知网络之间的连接，既可W实现广域互联，也可 W实现局域互联。
[0003] 传感器是物联网的基础部件，典型的传感器包括振动传感器、温度传感器、压力传 感器、流量传感器等。不同的传感器采集的信号需要经过数据采集处理装置，由模拟量电信 号转变为数字信号，从而进行传输、存储与分析。
[0004] 在机械设备故障诊断领域，物联网网关与各型传感器连接，从传感器获得机组实 时运行状态，设备故障对信号同步采集要求较高，一旦不同信号相位出现偏差或与机组实 际转动相位不一致将会严重影响机组故障监测诊断效果，设置导致严重、着火爆炸等恶性 事故的发生。
[0005] 从机械故障监测诊断的实际需求出发，本物联网网关除具备广泛的接入能力和典 型的管理、协议转换功能外，还可完成信号的同步处理。本物联网网关可实时采集传感器输 出的各种物理量及电信号，包括温度、压力、流量、加速度、速度、电祸流、转速等传感器，同 时还可W与其他系统完成数据通讯；在完成数据采集与同步处理的基础上，还可进行精细 处理分析，计算各种特征值，包括振动速度有效值、振动加速度真峰值、振动位移真峰峰值、 振动信号各倍频值、GIE值等。
[0006] 本网关将作为机械故障诊断数据传输处理的关键节点，在故障诊断领域发挥重要 作用。
【发明内容】
[0007] -种多功能实时同步采集物联网网关，其特征在于：
[0008] 该网关包括W下单元：数据实时采集单元、数据实时处理单元、数据实时同步处理 单元、CPU处理单元、数据后处理单元、数据传输单元，数据实时接收单元；
[0009] 上述各单元连接关系为：数据实时采集单元与数据实时处理单元相连，将采集后 的各类数据传输给数据实时处理单元；数据实时处理单元与数据实时采集单元、数据实时 同步处理单元相连，数据实时处理单元将接收的数据完成滤波、整周期截取处理后传输给 数据实时同步处理单元；数据实时同步处理单元与数据实时同步处理单元、CPU处理单元 相连，数据实时同步处理单元将接收的数据进行同步校正处理后传输给CPU处理单元；CPU 处理单元分别与数据实时同步处理单元、数据后处理单元、数据实时接收单元、数据传输单 元相连，数据后处理单元用于完成数据特征值提取，数据实时接收单元可接收其他设备采 集的数据，数据传输单元用于将数据发送给物联网管理平台。
[0010] 进一步，数据实时处理单元对数据波形进行实时连续的20倍工频的动态线性低 通滤波；
[0011] 连续的20倍工频滤波需要提前预知波形的对应转速，根据该转速来提前选取对 应拐点的滤波器，并且要做到滤波器的无缝切换，采用FPGA做实时的灵活切换和滤波，方 法如下：
[0012] 1)根据历史转速经过递归运算得到下一次的预测转速，预测转速计算公式如下：
[001 引+ I+价L
[0014] 其中是X'。是第n次的预测转速，Kw是第n-l次的校正系数，X"_i是第n-l次的 实际转速，口。是第n-1次误差修正系数；0是机组开车特征参数，其计算方法如下：
[0015]
【主权项】
1. 一种多功能实时同步采集物联网网关，其特征在于： 该网关包括以下单元：数据实时采集单元、数据实时处理单元、数据实时同步处理单 元、CPU处理单元、数据后处理单元、数据传输单元，数据实时接收单元； 上述各单元连接关系为：数据实时采集单元与数据实时处理单元相连，将采集后的各 类数据传输给数据实时处理单元；数据实时处理单元与数据实时采集单元、数据实时同步 处理单元相连，数据实时处理单元将接收的数据完成滤波、整周期截取处理后传输给数据 实时同步处理单元；数据实时同步处理单元与数据实时同步处理单元、CPU处理单元相连， 数据实时同步处理单元将接收的数据进行同步校正处理后传输给CPU处理单元；CPU处理 单元分别与数据实时同步处理单元、数据后处理单元、数据实时接收单元、数据传输单元相 连，数据后处理单元用于完成数据特征值提取，数据实时接收单元可接收其他设备采集的 数据，数据传输单元用于将数据发送给物联网管理平台。
2. 根据权利要求1中所述的一种多功能实时同步采集物联网网关，其特征在于：数据 实时处理单元对数据波形进行实时连续的20倍工频的动态线性低通滤波； 1) 根据历史转速经过递归运算得到下一次的预测转速，预测转速计算公式如下：
其中是X'n是第n次的预测转速，Kn_i是第n-1次的校正系数，Xn_i是第n-1次的实际 转速，队-!是第n-1次误差修正系数；0是机组开车特征参数，其计算方法如下：
其中Y是机组开车过程转速数据，num(Y)是机组转速数据点数； 第n次的校正系数Kn计算公式如下：
第n次的误差修正系数A计算公式如下：
2) 根据预测转速使用对应拐点的滤波器，为了实现不同滤波器的无缝衔接，采用多级 滤波器同时滤波，根据预测转速直接选通对应滤波器的输出结果。
3. 根据权利要求1中所述的一种多功能实时同步采集物联网网关，其特征在于数据实 时同步处理单元的数据同步处理方式； (1) 采用模拟电路相位校正滤波器对数据波形进行初步同步，模拟电路相位校正滤波 器具有与模拟调理滤波器互补的特性，将群延迟校正为接近线性的曲线； (2) 初步同步处理后的数据将采用如下方式，进行处理： 加速度通道进行连续lOKHz低通线性滤波后，重采样至25. 6KHz; 位移通道进行连续2KHz低通线性滤波后，重采样至5. 12KHz; 速度通道进行连续lKHz低通线性滤波后，重采样至2. 56KHz，再进入积分电路完成积 分，然后再由一个数字电路的相位校正模块进行相位校正，抵消不同频率的相位偏差； 应力、应变通道进行连续lKHz低通线性滤波后，重采样至2. 56KHz; 流量通道进行连续500Hz低通线性滤波后，重采样至lKHz; 压力通道进行连续500Hz低通线性滤波后，重采样至lKHz。
【专利摘要】本发明涉及一种多功能实时同步采集物联网网关，针对机械设备故障诊断领域对信号同步采集的实际要求，避免因相位偏差严重影响机组故障监测诊断的效果，本物联网网关在具备广泛的接入能力和典型的管理、协议转换功能基础上，还具有可根据设备开停车状态预测转速、提前滤波与数据同步校正处理的突出功能；本物联网网关可实时采集传感器输出的各种物理量及电信号，包括温度、压力、流量、加速度、速度、电涡流、转速等传感器，同时还可以与其他系统完成数据通讯；在完成数据采集与同步处理的基础上，可进行精细处理分析，计算各种特征值，包括振动速度有效值、振动加速度真峰值、振动位移真峰峰值、振动信号各倍频值、GIE值等。
【IPC分类】H04L12-66
【公开号】CN104811373
【申请号】CN201510065406
【发明人】高晖, 罗奇, 邓化科
【申请人】北京博华信智科技股份有限公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年2月8日