專利名稱：集成于控制系統的風力機狀態監測與故障診斷系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種風力機在線監測與故障診斷系統，特別是涉及一種集成于控制系統的風力機狀態監測與故障診斷系統。
背景技術：
隨著風力發電機組容量的不斷增長，系統結構日益復雜，不同部件之間耦合更加緊密，一個微小的故障可能傳播成災難性的大故障，引起風力機停機，甚至直接導致風力機損壞，造成巨大的經濟損失，利用在線狀態監測和故障診斷系統可以將損失減少到最小。利用在線狀態監測和故障診斷系統，能對風力機各易損機械部件的振動情況進行連續監測，實時獲取反映風力機運行狀態的信息，在對各種信息進行分析處理后，給出設備運行的狀況報告和診斷結果。傳統的在線狀態監測和故障診斷系統沒有和風力機控制系統通信或集成，需要獨立的處理器(如PLC)，只能通過單純的振動數據進行故障診斷，因而仍 有不足與缺陷。如何能創設一種本實用新型可直接獲取風速、功率、槳角，油溫，偏航角度等風力機運行數據，數據提取程序可以將振動報警值傳遞給主控系統。在節省成本的同時，實現基于多元信息的風力機故障診斷，且集成度高的新的集成于控制系統的風力機狀態監測與故障診斷系統，成為當前業界極需改進的目標。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種集成于控制系統的風力機狀態監測與故障診斷系統，使其可直接從主控程序中獲取風速、功率、槳角，油溫，偏航角度等風力機運行數據，在節省成本的同時，實現基于多元信息的風力機故障診斷，且系統集成度高，從而克服現有的在線狀態監測與故障診斷系統的不足。為解決上述技術問題，本實用新型一種集成于控制系統的風力機狀態監測與故障診斷系統，包括獲取風機振動信號的振動傳感器；檢測風機轉速的轉速傳感器；從振動傳感器、轉速傳感器采集信號的數據采集卡；內置主控程序、數據提取程序、數據采集程序和嵌入式C程序，并與數據采集卡通信連接的主控PLC;以及與主控PLC連接的數據服務器。作為本實用新型的一種改進，所述的數據服務器同時與多個主控PLC連接。所述的數據服務器還連接有客戶端。所述的數據服務器與PLC采集器利用風場環網并采用TCP/IP有線通信協議通信，或者采用GPRS無線通信協議通信。所述的轉速傳感器采用接近開關或發電機自帶的編碼器。采用這樣的設計后，本實用新型將監測系統的采集及分析模塊集成于風力機控制器(如PLC)中，直接在風力機控制器中實現了振動數據的采集、數據處理與發送等，同時，監控系統還可直接提取風力機運行狀態數據，如風速、功率、槳角，油溫，偏航角度等參數，且不拘泥于這些參數，從而實現了基于多元信息的風力機綜合故障診斷。
上述僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，
以下結合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步的詳細說明。圖I是本實用新型集成于控制系統的風力機狀態監測與故障診斷系統的組成示意圖。
具體實施方式
請參閱圖I所示，本實用新型集成于控制系統的風力機狀態監測與故障診斷系統，主要由振動傳感器、轉速傳感器、數據采集卡、主控PLC和數據服務器組成。振動傳感器獲取風機振動信號，轉速傳感器檢測風機轉速，數據采集卡從振動傳感器、轉速傳感器采集信號。其中，轉速傳感器還可根據情況采用發電機自帶的雙輸出編碼器或接近開關，也可由主控PLC直接調用主控程序中的發電機轉速信號。數據采集卡可采 用和現有主控PLC同一品牌的數據采集卡進行集成，有利于接口統一和實現。狀態監測與故障診斷系統在現有的風力機控制器上進行擴展，除原有內置的主控程序和嵌入式C程序外，還集成了數據提取程序和數據采集程序，并與數據采集卡、數據服務器通信連接。數據提取程序從主控程序中提取風力機的風速、功率、變槳，油溫，偏航角度等狀態參數，且不拘泥于這些參數，來實現對風力機的綜合診斷。本實用新型利用主控PLC的CPU作為在線監測系統下位機的處理器，由于振動分析程序和主控程序均由主控PLC的CPU完成，因而無需再為系統配備CPU處理模塊，并為通信提供了極大地方便，還可提高診斷的精確性。本實用新型一臺數據服務器可同時連接多臺PLC采集器，視風場通信條件可采用風場環網或無線通信，傳輸方式和數據格式要保持一致，即不同類型的風力機控制器和數據服務器采用的通信傳輸方式和數據格式要保持一致，不同類型的控制器可以使用同一服務器。此外，數據服務器還可與客戶端連接。本實用新型應用上述系統的風力機狀態監測與故障診斷方法，包括以下步驟主控PLC的數據提取程序從主控程序中提取風速、功率、槳角，油溫，偏航角度、發電機轉速等風力機狀態參數，且不拘泥于這些參數，數據提取程序也可將振動報警值傳遞給主控程序；數據采集卡獲取振動傳感器和轉速傳感器的振動和轉速信號，并發送至主控PLC的數據采集程序；主控PLC的嵌入式C程序對采集到的風力機運行狀態參數和振動、轉速信號進行計算和分析。由于該采集分析程序和主控程序運行在同一 CPU內，可能影響風力機的控制安全，因此，CPU和內存的使用率就顯得尤為重要，應避免PLC的CPU和內存使用率接近100%的情況出現，從而保證風力機控制的實時性。采集分析程序可以調用CPU和內存的使用率函數對風力機控制器的CPU和內存的使用率進行實時監測，如TC CPU usage :如果CPU和內存的使用率超過80%，則停止振動信號的采集，待使用率降低到60%以內后重新啟動振動米集程序。較佳的，不同的風力機主控PLC與數據服務器之間的通信傳輸方式和數據格式一致，即不同類型的風力機控制器可以使用同一數據服務器。此外，為了不占用風力機控制器過多的資源，本實用新型為系統設計最優數據采集算法，對采集數據進行過濾，保證傳輸給數據服務器的數據都是最有效的數據，有利于故障診斷。為了適用多種控制器系統，控制器的核心代碼采用嵌入式C程序去實現，采用了基于高級語言的TCP/IP的通信協議，代碼通用性好、可移植性強。以具體實施例來說，風力機的主流控制PLC為倍福和巴赫曼，倍福的振動模塊采用EL3632，EL3632可以直接在主控系統中進行擴展，每個EL3632包含兩個振動通道，一般采用4塊EL3632 ;巴赫曼的振動模塊采用AIC212，一個AIC212包含9和IEPE通道、3個±10V電壓通道、I個增量編碼器通道、2個計數脈沖通道。振動數據采集卡采集到振動原始數據后，將數據傳遞給CPU的采集分析程序，倍福PLC采用R3I0方式進行數據交換，巴赫曼采用SVI方式進數據交換，采集分析程序負責 數據的統計和計算，對最有利于診斷的數據保存，將不是最有利于診斷的數據剔除，減少數據量，采集分析模塊可以直接在主控程序中提取自己需要的數據，并且可以根據其中一些參數，例如風速、功率、變槳，油溫，偏航角度等參數，實現基于綜合信息的故障診斷。數據提取程序可以將振動報警值傳遞給主控系統。中控室的服務器可以對風場風力機的通信進行管理，以免造成通信阻塞。采集分析程序將數據通過TCP/IP協議通過風場環網傳送給數據服務器的數據庫。數據庫實現原始數據存儲與調用，數據庫有一定的計算功能，將原始數據和處理后的數據一并存儲，同時存儲各機型使用的各種部件常見特征頻率信息，方便客戶端軟件快速查詢。建立風力機故障庫，記錄不同型號、零部件、工作環境、運行時間、維護情況下，機組出現的各種故障信息。系統數據庫中應包括相關管理信息數據、實時數據、歷史數據。管理信息數據包括用戶管理信息，機組配置管理信息(機組結構部件配套情況)，報警管理信息(對應不同機組不同測點設置多種報警方式)，日志報表信息；實時數據庫由頭數據集和時間波形數據集構成，頭數據集記錄實時數據采集時對應的狀態參數及計算得到的統計指標(包括采樣時間、通道號、采樣頻率、數據長度、機組轉速、功率、風速、報警狀態、峰峰值、有效值、峭度等)，時間波形數據集記錄采樣時間及對應的時域數據；歷史數據庫從實時數據庫中定時匯總數據，以天、周、月、年按時間粒度存儲，并同步存儲轉速、風速、功率、風向等過程量數據，趨勢分析中可根據過程量和時間粒度結合進行復合趨勢分析。本實用新型利用風力機自身的控制器作為機組在線監測系統采集分析的處理器，并直接在風力機控制器上增加振動數據采集卡，系統成本低，安裝簡便，并采用振動數據與風速、功率、變槳，油溫，偏航角度等狀態參數綜合監測，從而提高了故障診斷的準確性。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，本領域技術人員利用上述揭示的技術內容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本實用新型的保護范圍內。
權利要求1.一種集成于控制系統的風力機狀態監測與故障診斷系統，其特征在于包括 獲取風機振動信號的振動傳感器； 檢測風機轉速的轉速傳感器； 從振動傳感器、轉速傳感器采集信號的數據采集卡； 內置主控程序、數據提取程序、數據采集程序和嵌入式C程序，并與數據采集卡通信連接的主控PLC;以及 與主控PLC連接的數據服務器。
2.根據權利要求I所述的集成于控制系統的風力機狀態監測與故障診斷系統，其特征在于所述的數據服務器同時與多個主控PLC連接。
3.根據權利要求I所述的集成于控制系統的風力機狀態監測與故障診斷系統，其特征在于所述的數據服務器還連接有客戶端。
4.根據權利要求I所述的集成于控制系統的風力機狀態監測與故障診斷系統，其特征在于所述的數據服務器與PLC采集器利用風場環網并采用TCP/IP有線通信協議通信，或者采用GPRS無線通信協議通信。
5.根據權利要求I所述的集成于控制系統的風力機狀態監測與故障診斷系統，其特征在于所述的轉速傳感器采用接近開關或發電機自帶的編碼器。
專利摘要本實用新型是有關于一種集成于控制系統的風力機狀態監測與故障診斷系統，包括獲取風機振動信號的振動傳感器；檢測風機轉速的轉速傳感器；從振動傳感器、轉速傳感器采集信號的數據采集卡；內置主控程序、數據提取程序、數據采集程序和嵌入式C程序，并與數據采集卡通信連接的主控PLC;以及與主控PLC連接的數據服務器。本實用新型將監測系統的采集及分析模塊集成于風力機控制器中，直接在風力機控制器中實現了振動數據的采集、數據處理與發送等，監控系統還可直接提取風力機運行狀態數據，從而實現了基于多元信息的風力機綜合故障診斷。
文檔編號F03D7/00GK202707365SQ201220337650
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月11日 優先權日2012年7月11日
發明者董禮, 程慶陽, 于遲, 蘇寶定, 楊懷宇, 張啟應 申請人:國電聯合動力技術有限公司