一種風電塔筒智能免爬器控制系統及方法與流程

技術領域：

本發明屬于風電塔筒技術領域，尤其涉及一種風電塔筒智能免爬器控制系統及方法。

背景技術：
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隨著全球化石能源的日益衰減以及人們環境保護意識的不斷增強，可再生新能源在近年來得到了較為迅速的發展。其中，資源豐富、發展前景十分可觀并且清潔環保的風能發電更是備受青睞。在利用風力發電中相比低空的風能，80米高空的風能資源更為豐富，質量更加穩定可靠，發電效率更高。因此，近年來建設的風電塔筒一般都是比較高的。而面于這樣高的風電塔筒，塔筒上方的檢修維護工作對于操作人員來講即是身體上也是心理上的一種挑戰。在塔筒攀爬過程中過多的消耗操作人員的體力，本身就會降低工作效率，還會影響人員心情，更不利于人身安全。因此，設計一種升降設備幫助操作人員輕松安全的抵達塔筒頂端具有非常的實際意義和廣泛地用途。

傳統風電塔筒輔助攀爬設備主要有三種分別為助爬器、免爬器及升降梯。由于結構簡單價格低廉，助爬器在風力發電的早期使用的較多。隨著風力發電的不斷發展，無法滿足攀爬體力零消耗的這種助爬器越來越不能適應現代風電塔筒系統。升降梯類似于箱體電梯，由于其高昂的價格以及有著較大工作空間的要求，在風電領域內一直少有采用。本發明加入了多傳感器及物聯網技術設計，實現了帶狀態監測的智能免爬器創新性設計。

技術實現要素：
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針對上述問題，本發明要解決的技術問題是提供一種風電塔筒智能免爬器控制系統及方法。

本發明的一種風電塔筒智能免爬器控制系統，包括智能免爬器車體部分，控制箱部分及遙控器部分，所述智能免爬器車體部分包括數據采集模塊、a/d轉換模塊、單片機及無線收發模塊，所述數據采集模塊包括溫度傳感器、加速度/傾角傳感器、稱重傳感器及心率傳感器，所述稱重傳感器及心率傳感器均與a/d轉換模塊連接，所述溫度傳感器、加速度/傾角傳感器及a/d轉換模塊均與單片機連接，所述單片機連接無線收發模塊，所述控制箱部分包括主控單元、變頻器、控制電機及無線收發模塊，所述控制電機、變頻器、主控單元及無線收發模塊依次連接，所述遙控器部分包括主控單元、按鍵輸入單元、tftlcd顯示單元及無線收發模塊，所述按鍵輸入單元和tftlcd顯示單元均與主控單元連接，所述主控單元連接無線收發模塊，所述智能免爬器車體部分通過無線收發模塊分別與控制箱部分及遙控器部分連接。

優選的，所述單片機為內置dsp的stm32l476的測控模塊。

優選的，所述主控單元均為stm32f103主控單元。

本發明的一種風電塔筒智能免爬器控制方法，包括以下步驟：

（1）免爬器控制系統平臺初始化并自檢；

（2）判斷智能免爬器車體部分，控制箱部分及遙控器部分是否正常工作，若是，則進入下一步，若否，則反饋相應的錯誤代碼；

（3）系統檢測是否有人，若是，則系統進入車載模式，若否，則系統進入遙控模式；

（4）若進入車載模式，記錄免爬器初始基準值，若進入遙控模式，則中斷按鍵標志位后結束；

（5）數據采集模塊通過溫度傳感器、加速度/傾角傳感器、稱重傳感器及心率傳感器分別采集溫度、三軸加速度傾角、載重、脈搏等信號；

（6）判斷采樣時間是否達到20ms，若是，則記錄采樣值后進入下一步，若否，則繼續采樣；

（7）單片機直接讀入或先經過a/d轉換模塊再讀入數據采集模塊的信號，調用fft函數進行信號的時域特征提取以及頻域信號處理，記下頻域信息；

（8）通過采樣值和頻域信息分析獲得免爬器車體與人體狀態。

本發明有益效果：本發明在進行更具人性化結構設計的同時增加了多組傳感器和無線通信技術，使得免爬器系統更加精簡實用、安全高效。不僅僅是為操作人員提供了一種優質的攀爬設備，更是安全高效工作的一種保障，在一定程度上有助于風力發電的進一步發展。可實時監測免爬器所承受重量，為免爬器是否啟動運行提供安全判斷，并為免爬器的升降速度做出合理選擇，可實時監測免爬器運行速度與傾角，并通過無線傳輸數據，用于判斷免爬器運行狀態。

附圖說明：

為了易于說明，本發明由下述的具體實施及附圖作以詳細描述。

圖1為風電塔筒智能免爬器控制系統結構示意圖；

圖2為風電塔筒智能免爬器組網圖；

圖3為風電塔筒智能免爬器車體機械圖；

圖4為風電塔筒智能免爬器控制方法流程圖。

圖中：1-車身；2-扶手；3-tft顯示屏；4-調節按鈕；5-導軌孔；6-遙控器盒子；7-可折疊踏板。

具體實施方式：

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面通過附圖中示出的具體實施例來描述本發明。但是應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本發明的概念。

如圖1-4所示，本實施例的一種風電塔筒智能免爬器控制系統，包括智能免爬器車體部分，控制箱部分及遙控器部分，所述智能免爬器車體部分包括數據采集模塊、a/d轉換模塊、單片機及無線收發模塊，所述數據采集模塊包括溫度傳感器、加速度/傾角傳感器、稱重傳感器及心率傳感器，所述稱重傳感器及心率傳感器均與a/d轉換模塊連接，所述溫度傳感器、加速度/傾角傳感器及a/d轉換模塊均與單片機連接，所述單片機連接無線收發模塊，所述控制箱部分包括主控單元、變頻器、控制電機及無線收發模塊，所述控制電機、變頻器、主控單元及無線收發模塊依次連接，所述遙控器部分包括主控單元、按鍵輸入單元、tftlcd顯示單元及無線收發模塊，所述按鍵輸入單元和tftlcd顯示單元均與主控單元連接，所述主控單元連接無線收發模塊，所述智能免爬器車體部分通過無線收發模塊分別與控制箱部分及遙控器部分連接。

多傳感器的數據采集模塊使用溫度傳感器、加速度/傾角傳感器、稱重傳感器及心率傳感器分別采集溫度、三軸加速度傾角、載重、脈搏等信號。多傳感器信號由stm32l476單片機直接讀入或先經過a/d轉換模塊再讀入，單片機進行信號的時域特征提取以及頻域信號處理。最后通過無線通信模塊將控制指令發送到控制箱部分。遙控器部分通常用于運輸塔筒內的維修物資使用。

本發明的風電塔筒智能免爬器控制系統的免爬器車體設計上，免爬器車體包括車身1、扶手2、tft顯示屏3、調節按鈕4、導軌孔5、遙控器盒子6、控制箱及可折疊踏板7，是輸送人員或貨物的平臺。心率傳感器以及控制按鈕安裝于扶手2上，用來測量人體脈搏以及對電機進行點動控制；tft顯示屏3，安裝于車身上1，提供良好人機界面；調節旋鈕4可以選擇到達高度的按鈕；導軌孔5通過連接導軌使車身1通過牽引裝置（牽引鋼索和頂部支撐滑輪）與電機連接，電機為yej6042三相異步電動機，作為免爬器系統的原動機部分，用于提供動力帶動免爬器運行。其和導軌、牽引鋼索、頂部支撐滑輪一同構成系統的動力系統。遙控器盒子6可放置遙控裝置；控制箱，存放在車身1內，用來采集車體的以及人體信息；稱重傳感器yzc-1616安裝于可折疊踏板7上，對人體實施稱重以及載重，便于調速以改變扭矩。用于采集免爬器運行速度和傾角的加速度/傾角傳感器mpu-6050則安裝在免爬器車身1上。

控制箱部分用于安放主控電路板，變頻器，無線收發模塊，以及各按鈕和指示燈與前述器件的排線布線，其中按鈕和指示燈都設置在電控箱部分的箱門面板上。按鈕包括：啟動按鈕、緊急停止按鈕、充電按鈕、控制免爬器運行的上升按鈕、停止運行按鈕、下降運行按鈕；指示燈包括：電源指示燈、報警燈、免爬器運行狀態燈。

遙控器部分采用無線通信，方便操作人員手持攜帶，用于向無線接受模塊發送命令，進行對免爬器的一系列操作控制。

風力場有多個風電塔筒，為了便于集中管理和數據處理，將各個風電塔筒中免爬器系統進行編號組網，集中器通過lora組網集中獲得每個免爬器的運行狀態數據，再經由以太網將數據送至服務器進行存儲。第三方運維公司和主站dcs可訪問服務器，從而獲取整個系統中各免爬器的運行狀態以及相關操作人員狀況信息。

本發明的一種風電塔筒智能免爬器控制方法，包括以下步驟：

（1）免爬器控制系統平臺初始化并自檢；

（2）判斷智能免爬器車體部分，控制箱部分及遙控器部分是否正常工作，若是，則進入下一步，若否，則反饋相應的錯誤代碼；

（3）系統檢測是否有人，若是，則系統進入車載模式，若否，則系統進入遙控模式；

（4）若進入車載模式，記錄免爬器初始基準值，若進入遙控模式，則中斷按鍵標志位后結束；

（5）數據采集模塊通過溫度傳感器、加速度/傾角傳感器、稱重傳感器及心率傳感器分別采集溫度、三軸加速度傾角、載重、脈搏等信號；

（6）判斷采樣時間是否達到20ms，若是，則記錄采樣值后進入下一步，若否，則繼續采樣；

（7）單片機直接讀入或先經過a/d轉換模塊再讀入數據采集模塊的信號，調用fft函數進行信號的時域特征提取以及頻域信號處理，記下頻域信息；

（8）通過采樣值和頻域信息分析獲得免爬器車體與人體狀態。

工作原理：系統首先平臺的初始化和自檢，對控制箱模塊、變頻器和電機模塊以及車體采集模塊進行判別是否正常工作，如若不正常，則反饋相應的錯誤代碼；當各模塊一切正常系統檢測是否有人，如若檢測不到人，系統默認進入遙控模式，可以通過手動遙控器控制免爬器車體的運動，如果檢測到人，首先對人通過稱重傳感器進行稱重，當符合條件，免爬器車體會根據人的選擇到達相應的位置，同時系統會通過溫度傳感器、加速度/傾角傳感器、稱重傳感器及心率傳感器分別采集溫度、三軸加速度傾角、載重、脈搏等信號，檢測高層振動以及人的狀態，再由單片機直接讀入或先經過a/d轉換模塊再讀入，單片機進行信號的時域特征提取以及頻域信號處理，通過無線通信模塊將控制指令發送到控制箱部分，有助于避開高層振動，提示人的狀態，提高人身安全。

以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。