ずいぶん前に投稿していらっしゃるので今更かもしれませんが。
おそらく、添付していただいたブロックダイアグラムを見て、記載していただいた問題と照らしたときに状況が把握しづらい部分があるので他の方が投稿しづらいのではないかなと思います。
「1回目に取ったデータが2回目のデータに上書きしてしまう」とのことですが、1回目、2回目と表現していらっしゃるのはForループの一周目、二周目・・・に対応しているということでしょうか？
中身を拝見する限り、一周ごとに配列連結追加でデータをまとめ、Forループが終わったらそのすべてを「自動指標付け有効」にして二次元配列にしてExcelで書き込んでいらっしゃるかと見受けられます。これ自体は問題なさそうですが・・・。プログラムがうまく動かないということであれば、もっと簡単（短い）なデータで関数の動きを確かめるのも手かなと思います。
もし、「1回目に取ったデータが2回目のデータに上書きしてしまう」の1回目、2回目というのが、VIの実行回数1回目、2回目、ということであれば、毎回同じセルに値を書き込んでいるので上書きされてしまうのは予想される挙動かなと思います。
その場合には、セルの位置を変えるかシートを変えるといった機能をプログラム内に持たせる必要がありそうですね。
