회전체 진동 데이터 획득을 위한 효율적인 FPGA 로직 설계 (Efficient FPGA Logic Design for Rotatory Vibration Data Acquisition)

서지정보

· 발행기관 : 대한전자공학회
· 수록지 정보 : 전자공학회논문지 - IE / 47권 / 4호 / 18 ~ 27페이지
· 저자명 : 이정석, 유등열

초록

본 논문은 회전체의 진동 데이터를 효율적으로 획득하기 위해 데이터 획득 시스템을 설계하였다. 데이터획득 장치는 필터와 증폭기로 구성한 아날로그 로직과 ADC와 DSP, FPGA, FIFO 메모리를 갖고 있는 디지털로직으로 구성하였다. 센서로부터획득한 회전체의 진동신호는 아날로그 로직을 통과하여 FPGA에 의해 제어되고, 그 신호는 ADC를 통해 변환되고 FIFO 메모리에 저장하였다. 디지털 신호 처리는 FPGA 제어어의해서 FIFO 메모리에 들어온 데이터를 이용하여 DPS에서 신호처리를 수행할 수 있도록 구성하였다. 회전체 진동을 진단 및 분석하기 위한 진동 요소는 데이터 신호로서 실수 변환, Peak to Peak, 평균 값 산출, GAP, 디지털 필터, FFT 등을 DSP에서 처리하고 설정된 이벤트를 추적하며, 그 결과 값을 도출하여 조기 경보시스템을 구축하였다. 모든 신호처리 과정 및 이벤트 추적은 여러 분석 단계 의해서 처리 시간이 소요되며, 특정 이벤트에 따라 처리 소요 시간에도 변동이 발생한다. 데이터 획득 및 처리는 연속적으로 실시간 분석을 수행해야 하지만, DSP에서는 입력된 신호를 처리하는 동안에 입력된 이후의 데이터에서 다음 입력처리 시간동안 획득한 데이터는 처리 될 수 없고, 특히 다수의 채널에서는 더 많은 데이터 손실이 일어날 수 있다. 따라서 본 논문에서는 데이터 손실이 적고 빠른 처리를 위하여 DPS와FPGA을 효과적인 사용하였고, 이러한 여러 분석 단계 신호처리에서 발생되는 시간을 최소한으로 줄일 수 있는 방법으로 DSP 에서 처리되는 신호단계 중 일부를 FPGA에서 처리할 수 있도록 설계 하였고, 그리고 단일의 신호 처리에 의해 수행되는 분석단계를 병렬 처리로 데이터를 실시간으로 처리하였다. 그 결과로 DSP 만으로 구성된 신호처리 보다 DSP와 FPGA로 구성된시스템이 훨씬 빠르고 안정된 신호 처리 방법을 제시하였다.

영어초록

This paper is designed the efficient Data Acquisition System for an vibration of rotatory machines. The Data Acquisition System is consist of the analog logic having signal filer and amplifier, and digital logic with ADC, DSP, FPGA and FIFO memory. The vibration signal of rotatory machines acquired from sensors is controlled by the FPGA device through the analog logic and is saved to FIFO memory being converted analog to digital signal. The digital signal process is performed by the DSP using the vibration data in FIFO memory. The vibration factor of the rotatory machinery analysis and diagnosis is defined the RMS, Peak to Peak, average, GAP, FFT of vibration data and digital filtering by DSP, and is need to follow as being happened the event of vibration and make an application to an warning system. It takes time to process the several analysis step of all vibration data and the event follow, also special event. It should be continuously performed the data acquisition and the process, however during processing the input signal the DSP can not be performed to the acquisited data after then, also it will be lose the data at several channel. Therefore it is that the system uses efficiently the DSP and FPGA devices for reducing the data lose, it design to process a part of the signal data to FPGA from DSP in order to minimize the process time, and a process to parallel process system, as a result of design system it propose to method of faster process and more efficient data acquisition system by using DSP and FPGA than signal DSP system.

참고자료

· 없음