風機狀態監測系統的制作方法

本實用新型涉及一種風機狀態監測系統，尤其是涉及一種適用于風力發電機組的在線狀態監測系統的硬件電路，用于對各類風力發電機組的狀態進行實時監測。

背景技術：

隨著風力發電行業的高速發展，傳統的監測維修方式已無法滿足保證大型風電機組的長期安全、穩定運行的要求，因此亟需開發一種風電機組在線狀態監測技術對風電機組進行連續在線監測，可方便對風電機組制定預知性主動維修策略，為風電機組的健康運行提供了很好的保障。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于克服上述不足，提供一種能夠對風力發電機組進行實時狀態監測以保證長期安全運行的風機狀態監測系統。

本實用新型的目的是這樣實現的：

一種風機狀態監測系統，其特征在于：所述風機狀態監測系統包含有自保護寬電壓電路、多通道同步采集電路、多個通訊接口、全振動輸入匹配電路，

傳感器獲取的振動信號輸入全振動輸入匹配電路的輸入端，該輸入端經電阻接入第一運算放大器的反相輸入端，所述第一運算放大器的反相輸入端經電阻接入芯片U3A的5腳（芯片U3A的型號是MAX4675，主要是控制±5V電壓，6腳的RS_1是模擬開關控制位，由處理器部分電路完成）；所述第一運算放大器的同相輸入端經電阻接地，所述第一運算放大器的輸出端經反饋電阻接入第一運算放大器的同相輸入端，所述第一運算放大器的輸出端為第一輸出端；

上述輸入端經電容和電阻后接入第二運算放大器的同相輸入端，所述第二運算放大器的反相輸入端連接至第二運算放大器的輸出端，所述第二運算放大器的輸出端經第一耦合電容和第一電阻后接入第三運算放大器的同相輸入端，所述第三運算放大器的同相輸入端和反向輸入端分別經電阻接地，所述第三運算放大器的輸出端經反饋電阻和第一電阻后接入第三運算放大器的同相輸入端，所述第三運算放大器的輸出端經反饋電阻連接至第三運算放大器的反相輸入端，所述第三運算放大器的輸出端經第二耦合電容和第二電阻后接入第四運算放大器的反向輸入端，所述第四運算放大器的反相輸入端經電容接地，所述第四運算放大器的同相輸入端經電阻接地，所述第四運算放大器的輸出端經電阻和第二電阻后接入第四運算放大器的反向輸入端，所述第四運算放大器的輸出端經反饋電容后接入第四運算放大器的同相輸入端，且第四運算放大器的輸出端經兩個串聯的電阻后接入第四運算放大器的同相輸入端，所述第四運算放大器的輸出端為第二輸出端；

上述第四運算放大器的輸出端經耦合電容和電阻后接入第五運算放大器的同相輸入端，所述第五運算放大器的反相輸入端經電阻接地，所述第五運算放大器的輸出端分別經積分電容和電阻后接入第五運算放大器的同相輸入端；所述第五運算放大器的輸出端經耦合電容和兩個相互并聯的電阻后接入第六運算放大器的同相輸入端，所述第六運算放大器反相輸入端經電阻接地，所述第六運算放大器的輸出單經兩個串聯的電阻后接入第六運算放大器的同相輸入端，所述第六運算放大器的輸出端為第三輸出端；

上述第六運算放大器的輸出端經耦合電容和電阻后接入第七運算放大器的同相輸入端，所述第七運算放大器的反相輸入端經電阻接地，所述第七運算放大器的輸出端分別經積分電容和電阻后接入第七運算放大器的同相輸入端；所述第七運算放大器的輸出端經耦合電容和兩個相互并聯的電阻后接入第八運算放大器的同相輸入端，所述第八運算放大器反相輸入端經電阻接地，所述第八運算放大器的輸出單經兩個串聯的電阻后接入第八運算放大器的同相輸入端，所述第八運算放大器的輸出端為第四輸出端；

上述第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端和第四輸出端接入多通道芯片后對外輸出。

本實用新型一種風機狀態監測系統，所述風機狀態監測系統由自保護寬電壓電路供電，所述自保護寬電壓電路包含有AC/DC轉換模塊（該AC/DC轉換模塊的型號是LH40-10B24），交流電的火線經自恢復保險器件（JK250/R2000）后熱敏電阻后接入AC/DC轉換模塊的火線輸入端，交流電的零線接入AC/DC轉換模塊的零線輸入端，交流電的地線接入AC/DC轉換模塊的接地端；且AC/DC轉換模塊的火線接入端和零線接入端之間連接有壓敏電阻，所述AC/DC轉換模塊的輸出單經穩壓二極管后輸出電壓。

本實用新型一種風機狀態監測系統，所述風機狀態監測系統還包含有多通道同步采集電路，多通道同步采集電路采用信號為AD7605的芯片。

本實用新型一種風機狀態監測系統，所述風機狀態監測系統還包含有通訊接口，通訊接口為RS485接口、USB接口、CAN總線接口、以太網接口中的一個或多個。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：

本實用新型風力發電機組在線狀態監測系統（CMS）通過在風電機組內的主軸，齒輪箱，發電機端的關鍵測點加裝振動傳感器，并通過數據采集裝置及集控室數據服務器對信號進行采集匯總，分析處理來獲得風電機組實時健康狀況，預估出風電機組可能發生的故障及隱患，協助工程師及時制定維修計劃。

附圖說明

圖1為本實用新型一種風機狀態監測系統的自保護寬電壓電路的電路圖。

圖2為本實用新型一種風機狀態監測系統的多通道同步采集電路的電路圖。

圖3-1~圖3-4為本實用新型一種風機狀態監測系統的不同的通訊接口的電路圖。

圖4為本實用新型一種風機狀態監測系統的全振動輸入匹配電路的電路圖。

具體實施方式

參見圖1~4，本實用新型涉及的一種風機狀態監測系統，所述風機狀態監測系統包含有自保護寬電壓電路、多通道同步采集電路、多個通訊接口、全振動輸入匹配電路，

傳感器獲取的振動信號輸入全振動輸入匹配電路的輸入端IN，該輸入端IN經電阻接入第一運算放大器的反相輸入端，所述第一運算放大器的同相輸入端經電阻接地，所述第一運算放大器的輸出端經反饋電阻接入第一運算放大器的同相輸入端，所述第一運算放大器的輸出端為第一輸出端GAP1；

另外，所述第一運算放大器的反相輸入端經電阻接入芯片U3A的5腳所述芯片U3A的型號是MAX4675，主要是控制±5V電壓，6腳的RS_1是模擬開關控制位，由處理器部分電路完成；

上述輸入端IN經電容和電阻后接入第二運算放大器的同相輸入端，所述第二運算放大器的反相輸入端連接至第二運算放大器的輸出端，所述第二運算放大器的輸出端經第一耦合電容C2A和第一電阻R8A后接入第三運算放大器的同相輸入端，所述第三運算放大器的同相輸入端和反向輸入端分別經電阻接地，所述第三運算放大器的輸出端經反饋電阻和第一電阻R8A后接入第三運算放大器的同相輸入端，所述第三運算放大器的輸出端經反饋電阻連接至第三運算放大器的反相輸入端，所述第三運算放大器的輸出端經第二耦合電容C6A和第二電阻R13A后接入第四運算放大器的反向輸入端，所述第四運算放大器的反相輸入端經電容接地，所述第四運算放大器的同相輸入端經電阻接地，所述第四運算放大器的輸出端經電阻和第二電阻R13A后接入第四運算放大器的反向輸入端，所述第四運算放大器的輸出端經反饋電容后接入第四運算放大器的同相輸入端，且第四運算放大器的輸出端經兩個串聯的電阻后接入第四運算放大器的同相輸入端，所述第四運算放大器的輸出端為第二輸出端DD1；

上述第四運算放大器的輸出端經耦合電容和電阻后接入第五運算放大器的同相輸入端，所述第五運算放大器的反相輸入端經電阻接地，所述第五運算放大器的輸出端分別經積分電容和電阻后接入第五運算放大器的同相輸入端；所述第五運算放大器的輸出端經耦合電容和兩個相互并聯的電阻后接入第六運算放大器的同相輸入端，所述第六運算放大器反相輸入端經電阻接地，所述第六運算放大器的輸出單經兩個串聯的電阻后接入第六運算放大器的同相輸入端，所述第六運算放大器的輸出端為第三輸出端V1；

上述第六運算放大器的輸出端經耦合電容和電阻后接入第七運算放大器的同相輸入端，所述第七運算放大器的反相輸入端經電阻接地，所述第七運算放大器的輸出端分別經積分電容和電阻后接入第七運算放大器的同相輸入端；所述第七運算放大器的輸出端經耦合電容和兩個相互并聯的電阻后接入第八運算放大器的同相輸入端，所述第八運算放大器反相輸入端經電阻接地，所述第八運算放大器的輸出單經兩個串聯的電阻后接入第八運算放大器的同相輸入端，所述第八運算放大器的輸出端為第四輸出端V1；

上述第一輸出端GAP1、第二輸出端DD1、第三輸出端V1和第四輸出端V1接入多通道芯片MAX4052后對外輸出；從而可根據實際需求，通過多通道芯片選擇不同的信號輸出，從而實現多信號的實時同步測量；

進一步的，所述風機狀態監測系統由自保護寬電壓電路供電，所述自保護寬電壓電路包含有AC/DC轉換模塊，交流電的火線經自恢復保險器件（JK250/R2000）后熱敏電阻R1后接入AC/DC轉換模塊的火線輸入端，交流電的零線接入AC/DC轉換模塊的零線輸入端，交流電的地線接入AC/DC轉換模塊的接地端；且AC/DC轉換模塊的火線接入端和零線接入端之間連接有壓敏電阻R2，所述AC/DC轉換模塊的輸出單經穩壓二極管D1后輸出電壓；上述AC/DC轉換模塊的型號為LH40-10B24；

參見圖2，多通道同步采集電路采用信號為AD7605的芯片；

參見圖3，多個通訊接口為RS485接口、USB接口、CAN總線接口、以太網接口等；

本實用新型風機狀態監測系統是風力發電機組的在線狀態監測系統的硬件電路部分，這是整個狀態監測系統的基礎，它采用采用ARM+CPLD (ARM9以上) 架構，采用16位、128KSPS ADC 采樣芯片AD7606，如圖2所示為部分ADC采用電路，這是采用多通道（8路）同步采集設計，實現數據的同步采樣，保證了風機狀態監測系統硬件的測量精度和采樣速度；

該風機狀態監測系統的供電采用自保護寬電壓設計，如圖1所示；電壓輸入端采用JK250/R2000自恢復保險器件，作為輸入保護；另外輸入端也增加了熱敏電阻和壓敏電阻的過流和過壓保護，防止電源浪涌對電源的損害，很好的滿足風電機組惡劣應用環境的要求。同時，采用交直流通用寬電壓專用AC/DC電源模塊作為電源部分的主要核心，寬輸入電壓范圍:85~264VAC/100~370VDC；

另外，風機狀態監測系統硬件設計了多種通訊接口類型，有以太網接口（如圖3-1）、USB接口（如圖3-2）、CAN總線接口（如圖3-3所示）、RS485接口（如圖3-4所示）等，以滿足風電行業不同接口標準的需求；如圖3-1~3-4所示多重通訊接口設計所示。

風機狀態監測系統硬件的全振動輸入匹配設計是為了滿足該裝置硬件可以匹配各種振動類型傳感器，如：壓電式加速度傳感器、壓電式速度傳感器、電渦流傳感器、轉速傳感器等等。同時，硬件電路也為各種傳感器提供不同類型的供電需求；如圖4所示，電路主要包括間隙測量電路部分GAP1、濾波電路部分DD1、一次積分電路V1、二次積分電路G1及通道控制電路等。通過，軟件程序的控制可以實現不同傳感器及不同振動測量類型的要求。

另外：需要注意的是，上述具體實施方式僅為本專利的一個優化方案，本領域的技術人員根據上述構思所做的任何改動或改進，均在本專利的保護范圍之內。