基于fpga的嵌入式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)備故障診斷領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運行狀態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一種取之不竭、用之不盡的可再生綠色能源，風(fēng)力發(fā)電日益受到重視。但伴隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的廣泛安裝使用，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的故障成為一個不容忽視的問題。我國大部分已投入使用的風(fēng)機(jī)是上世紀(jì)90年代中后期從國外購進(jìn)的，這些機(jī)組壽命15-20年，隨著運行時間的延長，這些機(jī)組陸續(xù)出現(xiàn)了一些故障，嚴(yán)重影響發(fā)電量，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。
[0003]目前國內(nèi)外風(fēng)電場單機(jī)容量增至兆瓦級，這些設(shè)備近幾年才投入使用，因此針對大型風(fēng)電機(jī)的在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)較晚，很少有研制整機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。只是對單獨的某個部件進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷。因此，我國對大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在線狀態(tài)監(jiān)測的研宄還處在初級階段。
[0004]CN101956578A記載一種可組網(wǎng)便攜式汽輪機(jī)組振動數(shù)據(jù)采集與故障分析系統(tǒng)，包括ARM主控模塊、電源模塊、故障診斷模塊、對傳感器傳遞的快變及鍵相信號進(jìn)行預(yù)處理的信號調(diào)理模塊。通過同步快變信號采集模塊以及ARM主控模塊提供電源。僅利用了單一的ARM的處理能力。
[0005]CN102944778A記載了一種便攜式電力系統(tǒng)低頻振蕩檢測裝置包括基于FPGA的前端系統(tǒng)、基于DSP的數(shù)據(jù)分析算法模塊以及基于ARM處理器的中央管理系統(tǒng)，充分利用了FPGA的數(shù)據(jù)處理能力、DSP的運算處理能力以及ARM處理器豐富的片上系統(tǒng)資源，實現(xiàn)電力系統(tǒng)低頻振蕩的實時快速檢測、分析和處理。雖然利用了 FPGA和ARM，但是僅能針對單一信息元振動頻率進(jìn)行檢測，無法實現(xiàn)多個信息元的同時監(jiān)測和集中分析，穩(wěn)定性差，效率不尚O
[0006]CN202707365公開的監(jiān)測系統(tǒng)包括:獲取風(fēng)機(jī)振動信號的振動傳感器；檢測風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器；從振動傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器采集信號的數(shù)據(jù)采集卡；內(nèi)置主控程序、數(shù)據(jù)提取程序、數(shù)據(jù)采集程序和嵌入式C程序，并與數(shù)據(jù)采集卡通信連接的主控PLC ;以及與主控PLC連接的數(shù)據(jù)服務(wù)器。最多只能實現(xiàn)二元信息的風(fēng)機(jī)監(jiān)測和故障診斷。
[0007]CN102758727B發(fā)明是有關(guān)于一種集成于控制系統(tǒng)的風(fēng)力機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括:振動傳感器；轉(zhuǎn)速傳感器；數(shù)據(jù)采集卡；內(nèi)置主控程序、數(shù)據(jù)提取程序、數(shù)據(jù)采集程序和嵌入式C程序的主控PLC ;以及數(shù)據(jù)服務(wù)器。通過嵌入式C程序最多只能實現(xiàn)二元信息的風(fēng)機(jī)監(jiān)測和故障診斷。
[0008]CN101393049公開了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動監(jiān)測和故障診斷的方法，設(shè)置監(jiān)測點并布置傳感器，通過傳感器輸出原始振動信號，通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備完成信號存儲；通過組件總線模塊將特征值數(shù)據(jù)發(fā)送到接收模塊，并存儲于數(shù)據(jù)中心，或接收模塊繞開組件總線模塊獲取原始振動信號并存儲于數(shù)據(jù)中心；在數(shù)據(jù)中心中設(shè)置閾值曲線，特征值數(shù)據(jù)連續(xù)增長，超過閾值時，接收模塊進(jìn)行趨勢預(yù)警，持續(xù)超過閾值時，接收模塊發(fā)出狀態(tài)預(yù)警；在分析模塊中建立故障診斷模塊，設(shè)置故障診斷閾值，故障綜合評價值和故障診斷閾值進(jìn)行對比，從而進(jìn)行故障報警。該發(fā)明僅以風(fēng)力發(fā)電機(jī)的零部件為監(jiān)測對象，無法實現(xiàn)風(fēng)機(jī)整體的監(jiān)測和故障診斷，效率低。
[0009]CN102854861本發(fā)明公開了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組數(shù)據(jù)采集和分析方法及裝置，方法包括如下步驟:步驟A，通過與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控PLC通訊連接來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采用多線程的方式進(jìn)行高頻數(shù)據(jù)采集及低頻數(shù)據(jù)采集并保存；步驟B，對采集并保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；裝置包括與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控PLC通過通訊模塊連接的數(shù)據(jù)采集模塊，還包括數(shù)據(jù)存儲模塊及數(shù)據(jù)分析模塊；
[0010]CN102434387本發(fā)明公開了一種風(fēng)機(jī)檢測診斷系統(tǒng)，用于對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的檢測和故障診斷，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)分析及故障診斷模塊和控制交互模塊；雖然可以實現(xiàn)多元信息的采集，但是模塊眾多，計算復(fù)雜，集中效果不佳，適用于小型發(fā)電機(jī)，大型發(fā)電機(jī)的信號元復(fù)雜，計算冗長，實時性差。
[0011]CN 203241071U公開了一種基于互聯(lián)網(wǎng)的電力變壓器遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)，包括多個信號采集終端和一個數(shù)據(jù)管理分析平臺，信號采集終端連接有傳感器單元，且信號采集終端與數(shù)據(jù)管理分析平臺相連；信號采集終端包括信號調(diào)理電路、A/D采樣模塊和控制模塊；信號調(diào)理電路與傳感器單元相連，A/D采樣模塊與信號調(diào)理電路相連，控制模塊與A/D采樣模塊和數(shù)據(jù)管理分析平臺相連；所述的傳感器單元包括振動傳感器、電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器。該實用新型雖然能夠?qū)崿F(xiàn)多元數(shù)據(jù)，但僅能對電壓，電流等進(jìn)行分析，計算方式簡單，效率低，不能進(jìn)行復(fù)雜信息元的采集和高效運算閾值，監(jiān)測效果一般，而且，該診斷系統(tǒng)是基于互聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下，如果網(wǎng)絡(luò)條件差的話就無法實現(xiàn)實時監(jiān)測，局限性大。
[0012]CN103899498A公開一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)采集模塊與系統(tǒng)自檢模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、本地診斷模塊、邏輯控制模塊以及數(shù)據(jù)通訊模塊進(jìn)行集成，使?fàn)顟B(tài)信號本地數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)具備本地信息就地預(yù)處理功能。雖然該發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)多個數(shù)據(jù)信息的采集和監(jiān)控，但是多元數(shù)據(jù)處理困難，計算緩慢，實時性差，不適合大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
[0013]CN102900609公開一種超磁致伸縮襟翼結(jié)構(gòu)的風(fēng)力機(jī)葉片減振系統(tǒng)及控制方法，嵌入式振動控制卡包括ARM主控芯片、FPGA電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一低通濾波器、信號調(diào)理器、壓控恒流源、第二低通濾波器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和USB接口，實現(xiàn)風(fēng)力機(jī)葉片低頻下的減振功能，采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息元較少，不適用大型發(fā)電機(jī)組的實時監(jiān)測。
[0014]CN103256975公開一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實時振動故障監(jiān)測裝置，包括一信號采集電路、一信號預(yù)處理電路、一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、一 FPGA模塊，其中需要對信號預(yù)處理，工藝復(fù)雜，造價成本高。
[0015]針對現(xiàn)有的監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)的不足，本申請?zhí)峁┒嘣⑿械臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集轉(zhuǎn)速、振動、位移、音頻等運行狀態(tài)信號，并實時上傳到遠(yuǎn)程服務(wù)器，通過FPGA+ARM的嵌入式處理系統(tǒng)，在硬件上實現(xiàn)完全并行地采集各類傳感器信號，克服了以往采集設(shè)備只能分時采集各類信號的弊端實現(xiàn)在線狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷分析，然后將數(shù)據(jù)進(jìn)行集中和匯總，并與預(yù)設(shè)閥值進(jìn)行比較，判定故障狀態(tài)，既克服了在網(wǎng)絡(luò)條件差的環(huán)境下暫存各個采集器的數(shù)據(jù)，又提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以有效實現(xiàn)實時監(jiān)控和多元監(jiān)測，實現(xiàn)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的在線監(jiān)測，設(shè)備造價低，效率高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行狀態(tài)的監(jiān)測裝置及故障診斷系統(tǒng)平臺，該系統(tǒng)可完全并行的采集各種轉(zhuǎn)速、振動、位移、音頻等運行狀態(tài)信號，并實時上傳到遠(yuǎn)程服務(wù)器，實現(xiàn)在線狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷分析。
[0017]本發(fā)明公開的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，其特征在于，包括:
[0018]傳感器組Sensor 2:包括振動傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、加速度傳感器、位移傳感器和音頻傳感器。傳感器組安裝在風(fēng)機(jī)設(shè)備I上，與采集器3相連，由采集器3處理接收的信號。
[0019]數(shù)據(jù)采集器Collector 3:采集并處理所述傳感器信號。采集器3采用ARM