0、引言
將各測點參數例如溫度、壓力、流量、振動等連續變化的物理量離散化、量化編碼，變成數字量，這個過程就是數據采集。數據采集的主要步驟就是將被測對象的各種參量通過各種傳感器元件做適當轉換后，再經過信號調理、采樣、量化、編碼、傳輸等步驟，最后送到控制器進行數據處理或存儲。用于數據采集的成套設備稱為數據采集系統，它是計算機與外部聯系的橋梁，是獲取信息的重要途徑。數據采集系統追求的目標有兩個：精度和速度。對任何量的測試都要有一定的精確度要求，否則將失去測試的意義；提高數據采集的速度不僅僅是提高了工作效率，更主要是擴大數據采集系統的適用范圍，便于動態測試。
1、數據采集系統的硬件設計
系統的硬件包括：工控機，PCI-6071E數據采集卡，ADAM4520 RS-485到RS-232轉換器，ADAM 4015溫度測量模塊，接口箱，信號調理箱，溫度、振動、壓力和轉速等各類測點傳感器。
在設計硬件時充分注意了抗干擾，可靠性冗余設計等，下面分別就其中幾部分進行介紹。
1.1工控機
工控機采用臺灣研華奔騰四級工控主機。
1.2傳感器
傳感器的選擇取決于測控量的特征，也同設備和環境以及需求有密切關系。同時考慮傳感器的適應性和穩定性等性能。
1)振動傳感器
破碎機部件磨損，傳動軸彎曲，皮帶輪失衡，基礎地基承載能力不合適，傳動軸轉速過高等，都會反應出破碎機振動過大，及時準確的監測
破碎機振動狀況可以集中反應破碎機的運行狀況。
2)轉速傳感器
轉速太低常造成破碎能力下降，破碎機失速，而傳動軸轉速過高又引起的振動過大，所以及時準確的監測主軸速度是非常重要的。
3)流量傳感器
可以判斷因油泵磨損而引起的供油不足，和主軸內的潤滑油孔，油冷卻器，回油管路等部位被污物或碎屑堵塞而造成的回油不正常或漏油故障。
1.3ADAM4015溫度測量模塊
由于溫度值是個緩變量，在采集過程中每次采樣所獲得的結果幾乎相同，因此本采集系統中溫度采集采用與其它各模擬參數采集不同的采集模塊，以便能加快采集速度并同時降低系統資源消耗。
ADAM模塊是一種連接傳感器與工控機的智能界面，它內置了一微型處理器。用戶程序通過一系列基于ASCII碼形式及RS-485協議的指令來對它進行控制。發送數據則是通過RS-485接口發送到主機。它提供了信號調節、A/D轉換以及RS-485數據傳輸等功能。
1.4ADAM4520 RS-485到RS-232轉換器
RS-485作為～種多點、差分數據傳輸的電器規范現已成為業界應用最為廣泛的標準總線之一。這種總線允許在簡單的一對雙絞線上進行多點、雙向通信，它具有噪音抑制能力，它的數據傳輸速率、電纜長度及可靠性是其他標準無法比擬的。正因為如此，我們選用RS-485作為低速數據傳輸連路。
在系統中，通過ADAM4520模塊建立一個RS-485網絡來解決這些遠距離的數據傳輸問題。這樣做有如下優點：
1) ADAM4520為帶光耦合隔離的模塊(隔離電壓為直流500V)。在現場，由于電磁干擾、多點接地或遠距離傳輸，都有可能造成電壓差。采用了光電耦合等隔離方式的ADAM4520模塊，可有效防止電壓差引起的控制設備故障或損壞。
2) RS-485網絡的傳輸方式為半雙工多點，1個發送器可以有多達32個接收器。這樣在工控機端只需1個接收用ADAM4520，就可將現場數據接收到工控機。
3) RS-485網絡通信距離為1200m，可充分滿足遠距離實時數據傳輸的要求。
4) ADAM模塊的智能I/O電路自動控制數據流方向，而不需要握手信號(如RTS和CTS)。所以RS-485網絡通信只需一對導線便可。
本系統采用3個ADAM4520連接模塊，每個連接模塊連接6至33個不等的ADAM4015溫度測量模塊，連接方式采用總線型連接。下圖是該模塊的連接結構圖。
2、數據采集系統的軟件設計
軟件設計中充分注意了軟件抗干擾功能的加入，基本思想是硬件設計盡量簡化，把盡量多的功能由軟件實現。這樣設計可以減少硬件數量，從而減少了不可靠因素，另外從經濟上可以降低成本，并且更易于系統的功能擴展和技術升級。根據所用硬件不同，分別為溫度傳感器和非溫度傳感器設計采集程序。
2.1非溫度采集程序
LabVIEW為虛擬儀器設計提供了數據采集功能子模塊，利用這些子模塊將采集系統設計成如圖3，圖4所示。
采集模塊流程最外層流程的最外層是循環結構(While Structure)，While循環有兩個固定的端口。循環端口Iteration Terminal是一個輸出端口，它輸出循環當前執行的次數。循環數是從0開始計數的。條件端口Conditional Terminal是一個布爾量輸入端口，它是循環的控制條件。
2.2溫度采集程序
該程序包括了控件VISAOpen、VISA Close、VISA Read和VISAWrite，它們各自的功能分別為打開一個指定串口并且向它返回一個能調用其它串口操作的標志序列；關閉一個指定串口并使之停止接收任何串口操作序列；用同步或者異步方式從串口讀出指定字節的數據；用同步或者異步方式向串口寫入數據或命令。由于寫命令與讀數據之間需要有一段等待時間，以便等待連接串口設備從傳感器讀取并處理數據，因此需要借用等待控件Wait(ms)設定等待時間，使寫命令與讀數據這兩過程能夠同步進行。等待時間既不能太長也不能太短，太長則導致采數時間過長，影響整個程序的執行效率；太短則導致寫命令與讀數據這兩過程無法同步進行，造成讀數錯誤，影響診斷結果的準確性。根據反復調試的結果，等待時間應該設定為l00ms。最外層的循環框則是限定次數的循環，次數由待測量的采集模塊數決定。在該流程內每次循環時都通過VISAWrite控件向ADAM發出命令“#AA”，將AA號模塊寄存器中的數據通過VISARead控件讀入到內存。再通過字符控件( String Subset)將它轉換成程序所需要的雙精度實數格式。
3、結束語
通過上述軟件和硬件系統的設計，實驗證明可以提高數據采集系統的效率，從而可以大大提高破碎機故障診斷系統的效率。
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