一种用于信息采集系统的现场信号采集方法及装置与流程

本发明涉及一种用于信息采集系统的现场信号采集方法及装置，属于信号采集技术领域。

背景技术：

目前，设备状态辨识和性能监控系统、节能系统、物联网等等涉及大数据的系统首当其冲的是现场信号提取，如果没有数据的实时更新，那么整个系统势必成为无本之木无源之水。现场数据采集涉及的传感器种类及数量繁多，由其产生的信号数据形态、大小、周期等各异，需要做进一步的信号调理，规范成统一模式再进行传输汇总。

信号采集的传感器必须安置在被测控系统的特定位置。一般而言，被测系统本身多是按照预订的功能设计制造的，比如数控机床是为了满足精密复杂机械制造需要而开发的，而且作为使用终端机械公司往往会购置不同类型(车、铣、磨、线切割等等)、不同机床制造商、不同型号的机床。如果是制造商在设计阶段在设备相应位置预留空间安装传感器及其通道比较方便可靠，但制造商主要目标在于实现特定的设备功能，很难知道各种使用者管理手段和监控与处理方法，所以难以设置足够多的传感器提供全局信息。这一情形就使得使用者在建立大数据系统的时候必须另外选择制作传感器安装在设备的特定位置。但设备上未必有足够的空间和环境允许安装这些传感器，比如提取机床主轴运行状态，可在主轴上安装应力应变传感器，但空间大小、密封、动平衡、接触方式、信号传输等等都受到极大制约。所以有方案转而测量主轴电机电流的大小来间接评判主轴所承受的载荷。通过这类事例可以得到一些启发。比如在直接测量信号有困难的情况下可以采用间接提取信号的方法；信号提取未必都要另行安置传感器，可以借助于设备自身的传感器获取有用信号等。

借助于设备自身已有的部分传感器获取设备有用信息的第一要素是从这些传感器里分离出信号。常规传感器产生的信号通过数据线向上位系统传输，这是一个密闭的信息传输通道，所以有必要改变现有信息传输通道形式，在确保原有信息正常传输的前提下同步分离出有用信息给外置大数据系统使用。这是本发明所涉及的重要技术内容。可类比地，电脑usb接口常用的分线器也具有上述功能，但其数据形式是符合特定标准协议的，该器件不能用于物联网、设备状态辨识等大数据系统所涉及的各类传感器的信号分离。物联网、大数据等系统所涉及的传感器及其端口与信号千态百异，没有特定的协议可遵循，需要对信号做特别的处理。

技术实现要素：

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种用于信息采集系统的现场信号采集方法及装置。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：一种用于信息采集系统的现场信号采集方法，当信号从主数据线一端的信号发射端口向另一端的信号接收端口构成的主通道输送过程中，通过设置在主数据线上的分支数据线将该信号从主通道的分支点处分流成两个数据通道，其中一路信号通过主数据线保持原信号去向和幅度向信号接收端口进行数据传输，另一路信号则由分支数据线传输到信号采端口。

进一步的方案是，所述分支数据线与所述主数据线的连接处位于所述信号发射端口附近或者信号接收端口附近。

进一步的方案是，所述分支数据线上设置有功率增强器件。

进一步的方案是，所述分支数据线上设置有信号隔离器件。

进一步的方案是，所述主数据线与分支数据线的连接处设置有交叉点信号屏蔽器。

进一步的方案是，所述分支数据线的一端与所述主数据线相连接，并在两者的连接处设置有交叉点信号屏蔽器，所述分支数据线的另一端依次通过功率增强器件以及信号隔离器件与信号采端口相连接。

进一步的方案是，所述信号发射端口处设置有插针结构的接口，在所述信号接收端口设置有针孔结构的接口。

进一步的方案是，所述主数据线内包含的子数据线或子数据通道的数量与所述分支数据线相同。

进一步的方案是，所述信号采集端口与所述信号发射端口或信号接收端口相一致。

进一步的方案是，所述主数据线、分支数据线，以及与所述主数据线或分支数据线相连接的信号发射端口、信号接收端口和信号采集端口上均采取信号屏蔽处理。

一种用于信息采集系统的现场信号采集装置，包括信号发射端口和信号接收端口，所述信号发射端口和信号接收端口之间通过主数据线连接；所述主数据线上的任意位置上开设有一分支数据线；所述分支数据线的一端与所述主数据线相连接，另一端与信号采集端口相连接。

本发明的有益效果：本发明改变了传统的信息传输通道形式，在确保原有信息正常传输的前提下能够同步分离出有用信息给外置大数据系统使用。本发明不仅仅可以用于设备状态辨识系统，也可用于节能系统、物联网等大数据系统现场采集信号。采用本发明的信号采集方法和装置省去了在设备终端上重新寻找位置打孔、安装传感器工作；不仅降低了成本，而且提高了效率和可靠性。所以本发明在物联网、大数据系统获取现场信息的前端具有广泛的应用前景和很好的经济价值。

附图说明

图1是传统数据传输线的结构示意图；

图2是传统数据传输线在有前后输入输出器件时的连接示意图；

图3是本发明一个实施例的用于执行分离信号的、包括信号发射和接收端口和数据线以及分叉端的系统构成示图；

图4(a)和图4(b)是根据本发明的一个实施例用于执行分离信号的示意分离点的位置比较示意图；

图5是本发明一个实施例的具有中途功率增强功能的结构示意图，示出防止弱小信号或长程传输时信号失真或丢失的信号增强措施；

图6是本发明一个实施例中示出隔离主路信号和分离信号通道隔离以防相互噪音串扰的示意图；

图7是本发明一个实施例中对具有分离信号功能所涉及各环节所用的数据线屏蔽特征示意图；

图8是本发明一个实施例中涉及屏蔽保护和功率增强和隔离等功能的信号分离系统综合装置图；

图9(a)是本发明一个实施例中信号接收端接头结构示意图；

图9(b)是本发明一个实施例中信号发射端以两线并联形式的结构示意图。

具体实施方式

图1所示，为传统数据传输线的示意图，该图给出了一个完整的信号传输通道，其包括数据线130，一个信号发射端口120，一个信号接收端口140；其中，在信号发射端口120上具有信号发射接口110，其一般表现形式为凸出的插针；在号接收端口140上具有信号接收端口150，其一般表现形式为凹陷的针孔，插针和针孔具有相同的数量。

如图2所示，数据线230的两端分别和两个终端相连接，图例中给出的两个终端分别是光栅尺260和数显尺210。其中光栅尺260的信号发射端口250输出信号经过通道240和数据线230到数显尺210的信号接收端口220。

图3至8所示，公开了一种用于信息采集系统的现场信号采集方法，当信号从主数据线一端的信号发射端口向另一端的信号接收端口构成的主通道输送过程中，通过设置在主数据线上的分支数据线将该信号从主通道的分支点处分流成两个数据通道，其中一路信号通过主数据线保持原信号去向和幅度向信号接收端口进行数据传输，另一路信号则由分支数据线传输到信号采端口。本方法面向工业制造现场，对设备运行状态进行监控，终极目标是识别设备的稼动率、开工率和利用率等。而要实现上述指标，则首要第一步从现场设备上采集数据。采集数据的方法有两种，一种是现阶段主流的方法，利用opc等方法从plc、nc等系统提取数据；另一种方法是在设备上重新布置传感器。而本发明所提的信号采集方法是从设备现有的传感器上截取数据，在不影响原系统里原传感器数据传输的情况下，拦截自己想要的信号，分离发送到指定的数据库里。这有利于减少数据采集系统和设备状态监控系统的复杂度，及降低成本。

图3是本发明的一个实施例，是用于执行分离信号的、包括输入输出端口和数据线以及分叉端的系统构成示意图。为在信号主通道上分离出所需的信号给新的终端使用，需要在主数据线380上的某一个位置上开设一个分支数据线350。一般地，主数据线380和分支数据线350内包含的子数据线或子数据通道的数量要相同。为确保数据连接的方便可靠，分支数据线350一端在和主数据线380相连接的同时，要在分支数据线350的另一端和一个信号采集端口340相连接，该信号采集端口340的形式可以和主通道上的信号发射端口320一致，也可以根据需要和信号接收端口370一致，包括其外形、针数和通信协议一致，也即信号采集端口端口340的信号采集接口330必须和信号发射端口320上的信号发射接口310或者信号接收端口370上的信号接收接口360两者其中之一相同，以确保信号传输和分离的正确性，具体可根据实际需要而设定。

图4中，图4(a)和图4(b)分别给出了当分支数据线450位于主数据线480两个不同位置时候的情形。其中，图4(a)中分支数据线450位于主数据线480上靠近信号接收端口470位置，图4(b)中分支数据线450位于主数据线480上靠近信号发射端口420位置。具体现场使用时，可根据实际工矿与信号特性选择靠近在主数据线480的信号发射端口420或信号接收端口470。

为了防止主通道信号畸变等失真情况发生，本发明中还可加入信号增强功能模块，图6是根据本发明一个实施例的具有中途功率增强功能的结构示意图。具体的是在分支数据线550上设置了一个信号功率增强器件540，该信号功率增强器件540可将分支数据线550从主数据线560分离来的信号强度增加，同时避免从主数据线560获取太多的能量，以避免主数据线内的原始信号强度减弱，到达显示终端时候影响使用。其中，信号功率增强器件540依赖于主通道信号的形态与形式。比如，若主通道里传输的是光信号、电流信号和振动信号，则功率增强方式和器件随之不同。

为了防止分支通道从主通道分离信号时候对主路吸取较多功率而影响原使用目的、及分支通道过长而导致的抵达终端的信号太弱，本发明中还可加入信号隔离功能模块，图6所示，在分支数据线650中加入了信号隔离器640，这有利于阻止分支数据线650和信号采集端口620等环节引入外部噪声，避免外部噪声影响主数据线660内的原始信号传输。该信号隔离器640可采用光电耦合隔离器件。

在上述各图中，不论是主数据线还是分支数据线，所有线路及端口都必须实施屏蔽措施，以确保高质量的信号传输。图7是本发明一个实施例中对具有分离信号功能所涉及各环节所用的数据线屏蔽特征示意图；在该传输线中，内芯710用于传输信号，根据实际需要设置第一屏蔽层720，第二屏蔽层730和第四屏蔽层740，可增可减。而在主数据线和分支数据线之间的端口以及接口处要做相应的信号屏蔽处理，以确保信号尽可能少地被使用现场的外界噪声所干扰。

图8中，在分支数据线808的一端与主数据线802相连接处设置有交叉点信号屏蔽器809，该交叉点信号屏蔽器809起到交叉点屏蔽的作用。同时在分支数据线808到信号采集端口803之间依次设置信号隔离器件807及信号功率增强器件805，整体构成了完整的具有信号分离作用的系统。

在该示例中，为感知被测机床某轴向是否运动的信息，利用现有的光栅尺提取该状态。光栅尺信号经过信号发射端口801和主数据线802传至信号接收端口811，再到数显尺812上显示出该轴向的具体运动位置。利用本发明的方法和装置，则无需在该轴向上另外安装传感器，只需将原本两端口的主数据线更换成本发明的装置，则可在确保原信号仍然从光栅尺传输到数显尺812上显示出来，同时从主数据线802与分支数据线808的连接点处设置的交叉点信号屏蔽器809提取一部分信号经过分支数据线808送到信号隔离器807，再经过分支数据线808传给信号功率增强器件805，最后由分支数据线808将分离与调理后的信号送到信号采集端口803，最后再传输给设备监控系统，由此获取该设备在此轴向上是运动还是静止(甚至具体运动到什么位置)的信息。这样就省去了在该轴向上重新寻找位置打孔、安装传感器(在该例总需要安装一个光栅尺，价格较高，设备也未必有这样的空间以供再安装传感器)。所以本发明在物联网、大数据系统获取现场信息的前端具有广泛的应用前景和很好的经济价值。

下面以一个具体实例来展示该方法的具体实施过程。

在数控机床上，机床位置信息的传输路径是：工作台——光栅尺——接口——数控系统——显示屏。为了监控工作台的实际位置，需要特定的位置或位移传感器实时提取其信号且传输到指定的监控系统中去。光栅尺一般动尺固定在工作台下部，定尺安装在机床基座上。可用的空间非常小，安装其他位置传感器，不易获得工作台全程动作信号，再安装一个光栅尺的话，成本费用不算之外，常常没有充足的安装空间来实施。

图9(a)、(b)是本发明的一个实施例，示出一个具体的信号分离引出硬件结构。其中，图9(a)表示信号输出端口1170，等同于本发明图2里的信号接收端口220，作为系统原信号输出端口，将设备自身传感器所提取的信号传输出到终端显示器件上，在数控机床上最常见的就是数显尺或数控系统或显示屏等。

图9(b)表示信号发射端口1140以两线并联形式实现信号的分离，该信号发射端口的信号接收接口1130等同于本发明图2里的信号发射端口250。在本实例中采用9针接头，原本光栅尺输出信号通过9针接头及数据线传输信号到图9(a)中的信号接收接口1150。而在本发明中，分别从插针1110的9针位置并联引出另外9个信号线1120，这样在确保原先信号传递到本示例图2的数显尺210的同时，把光栅尺所测的位置信息通过并联的信号线1120引出给设备状态监控系统，这样省却了再布置位置监测传感器。

对于本示例，在数量上可扩展地，信号线1120的数量依赖于传感器自身特性以及实际需要而定，比如有的传感器具有n条输出线，那么采用本发明的方法，可以对应地并联n条信号线1120，也可根据实际需要，只提取这n条信号线里的一部分。

其中，信号线在位置上，信号线1120和插针1110的分离点则如图3所示，信号线1120则等同于图3里分支数据线350的功用，具体从靠近输出端还是靠近输入端或者传输线的中间位置视实际情况而定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。