本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)輔助檢測(cè)領(lǐng)域，具體地說，特別涉及到一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電振動(dòng)檢測(cè)方式是給在工作現(xiàn)場(chǎng)給每一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)都配置一套完整的振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)視設(shè)備，價(jià)格高昂，而且由于其為功能分離的子系統(tǒng)，一旦風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)部的振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)出現(xiàn)隱性損壞，不僅不易發(fā)現(xiàn)，而且如果失效就會(huì)嚴(yán)重危及風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行安全。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，包括現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集單元、后臺(tái)數(shù)據(jù)分析處理單元和上位機(jī)監(jiān)控單元；

所述現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集單元包括安裝在所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上的振動(dòng)采集器，所述振動(dòng)采集單元的數(shù)據(jù)輸出端與后臺(tái)數(shù)據(jù)分析處理單元通訊連接；

所述后臺(tái)數(shù)據(jù)分析處理單元包括數(shù)字濾波模塊、振動(dòng)值計(jì)算模塊、采集器異常數(shù)據(jù)檢測(cè)及自診斷模塊、異常數(shù)據(jù)報(bào)警模塊；

其中，所述數(shù)字濾波模塊用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集單元采集到的實(shí)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、整流和分析，并獲得后臺(tái)數(shù)據(jù)分析處理單元和上位機(jī)監(jiān)控單元可讀的數(shù)據(jù)，其用作于分析判斷的依據(jù)；所述振動(dòng)值計(jì)算模塊的數(shù)據(jù)輸入端與數(shù)字濾波模塊的輸出端連接，振動(dòng)值計(jì)算模塊用于對(duì)經(jīng)數(shù)字濾波模塊處理后的實(shí)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并將其發(fā)送給上位機(jī)監(jiān)控單元；

所述采集器異常數(shù)據(jù)檢測(cè)及自診斷模塊用于對(duì)振動(dòng)采集器自身的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的內(nèi)容包括對(duì)采集器工作溫度檢測(cè)、長(zhǎng)時(shí)間未采集到有效數(shù)據(jù)檢測(cè)、采集到的數(shù)據(jù)為固定值檢測(cè)；自診斷模塊用于配合后臺(tái)數(shù)據(jù)分析處理單元內(nèi)部集成的自診斷功能，當(dāng)后臺(tái)數(shù)據(jù)分析處理單元發(fā)出自診斷命令后，采自診斷模塊則開始自診斷，將診斷的結(jié)果通過發(fā)送十六進(jìn)制碼的形式回發(fā)給后臺(tái)數(shù)據(jù)分析處理單元，從而判斷振動(dòng)采集器是否工作正常；

所述異常數(shù)據(jù)報(bào)警模塊包括一級(jí)警報(bào)模式和二級(jí)警報(bào)模式；

所述一級(jí)警報(bào)模式的工作原理如下：

若振動(dòng)采集器采集到的振動(dòng)值大于一級(jí)警報(bào)模式的預(yù)設(shè)值，則后臺(tái)數(shù)據(jù)分析處理單元會(huì)通過以太網(wǎng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)收到此報(bào)文后，采取減小發(fā)電功率，降低勵(lì)磁電流，減少主軸及發(fā)電機(jī)振動(dòng)的運(yùn)行模式，直到風(fēng)力發(fā)電機(jī)收到振動(dòng)報(bào)警報(bào)文消除的報(bào)文為止；

所述二級(jí)警報(bào)模式的工作原理如下：

若振動(dòng)采集器采集到的振動(dòng)值大于二級(jí)警報(bào)模式的預(yù)設(shè)值，則后臺(tái)數(shù)據(jù)分析處理單元會(huì)持續(xù)檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)振動(dòng)值，如果振動(dòng)值在延遲停止延時(shí)內(nèi)，連續(xù)超過停止限值，這數(shù)據(jù)中心會(huì)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出緊急停車命令信號(hào)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)收到緊急停車命令信號(hào)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全鏈會(huì)自動(dòng)斷開，風(fēng)力發(fā)電機(jī)緊急停車，若振動(dòng)持續(xù)到風(fēng)力發(fā)電機(jī)未收到停車報(bào)文，采集器會(huì)在振動(dòng)超過危險(xiǎn)級(jí)別后延時(shí)10秒斷開風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全鏈系統(tǒng)，讓風(fēng)力發(fā)電機(jī)緊急停車；

所述上位機(jī)監(jiān)控單元用于通過串口通信接收經(jīng)后臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心分析處理過的振動(dòng)數(shù)據(jù)，并連接到系統(tǒng)配套的風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)界面上進(jìn)行顯示和監(jiān)控，通過上位機(jī)界面能進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，對(duì)數(shù)據(jù)處理、報(bào)警限值、停止限值、中心頻率等參數(shù)進(jìn)行在線設(shè)置，上位機(jī)界面還能實(shí)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、G值校正。

進(jìn)一步的，所述數(shù)字濾波模塊包括限幅濾波、去粗大值濾波、加權(quán)平均濾波、IIR低通數(shù)字遞歸濾波、IIR高通數(shù)字遞歸濾波、過零濾波和電源噪音濾波。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

利用高速通信線路，在每一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)中僅設(shè)置一個(gè)振動(dòng)采集器，通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主控系統(tǒng)即可實(shí)時(shí)將采集的振動(dòng)數(shù)據(jù)傳回主控室的后臺(tái)數(shù)據(jù)中心，本發(fā)明設(shè)計(jì)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，一方面能實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸?shù)胶笈_(tái)數(shù)據(jù)中心的大量振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、濾波、計(jì)算分析并提取可供監(jiān)控的結(jié)果數(shù)據(jù)等后臺(tái)處理，另一方面設(shè)計(jì)一套振動(dòng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)界面，以實(shí)現(xiàn)后臺(tái)數(shù)據(jù)的顯示，達(dá)到實(shí)時(shí)檢測(cè)每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀況，并對(duì)每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)加以遠(yuǎn)程控制的目的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架圖。

圖3為本發(fā)明所述的數(shù)字濾波模塊結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明所述的報(bào)警系統(tǒng)模塊第一級(jí)別流程圖。

圖5為本發(fā)明所述的報(bào)警系統(tǒng)模塊第二級(jí)別流程圖。

圖6為本發(fā)明所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)界面組成框圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，由現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、后臺(tái)數(shù)據(jù)分析處理及上位機(jī)監(jiān)控界面三部分組成。風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集器將每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過光纖以太網(wǎng)上傳到后臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心，再由后臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心發(fā)送到監(jiān)控PC，后臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心將各種振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，最終在監(jiān)控PC的風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)檢測(cè)界面中顯示出來，以便監(jiān)控。當(dāng)振動(dòng)超限時(shí)，后臺(tái)數(shù)據(jù)中心發(fā)出相應(yīng)緊急處理指令給出故障的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，讓風(fēng)力發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)程停機(jī)。

本設(shè)計(jì)在圖1所示的風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)具體的振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)主要討論現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集后送入監(jiān)控PC進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理和在檢測(cè)界面上顯示、監(jiān)測(cè)兩部分的內(nèi)容，而現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集部分主要是針對(duì)硬件下位機(jī)采集器服務(wù)的，該部分主要是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器的配置管理、存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)置、通信協(xié)議的設(shè)置等方面進(jìn)行程序設(shè)計(jì)與編寫，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，該部分的程序也是內(nèi)置在采集器中的，可以由設(shè)計(jì)采集器的人員進(jìn)行編寫，風(fēng)力發(fā)電機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框架如圖2所示。

后臺(tái)數(shù)據(jù)分析處理中心設(shè)置有數(shù)字濾波、振動(dòng)值計(jì)算、采集器異常數(shù)據(jù)檢測(cè)和自診斷及異常數(shù)據(jù)報(bào)警四個(gè)模塊。它的主要作用一是對(duì)采集器采集到的實(shí)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)濾波、有效值、峰值、峰峰值計(jì)算，從而使檢測(cè)系統(tǒng)得到有效數(shù)據(jù)；二是對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，判斷是否異常，以及實(shí)現(xiàn)自檢和報(bào)警的功能。分析處理后的結(jié)果最終會(huì)傳送給上位機(jī)界面進(jìn)行顯示，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)檢測(cè)做控制的依據(jù)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)上位機(jī)界面主要是一個(gè)數(shù)據(jù)判斷、處理和人機(jī)交互的界面，提供人性化、可視化的界面供操作人員查看、配置和使用。

如圖2所示，后臺(tái)數(shù)據(jù)分析處理中心主要由數(shù)字濾波模塊、振動(dòng)值計(jì)算模塊、自診斷系統(tǒng)模塊和報(bào)警系統(tǒng)模塊四部分組成。后臺(tái)數(shù)據(jù)分析處理中心功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)順利運(yùn)行的前提。

現(xiàn)場(chǎng)采集器采集到的實(shí)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)信息量大，也比較雜亂，各種干擾信號(hào)多，控制系統(tǒng)是無法直接進(jìn)行分析和判斷的。當(dāng)采集器的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳到數(shù)據(jù)中心后，首先應(yīng)該對(duì)數(shù)據(jù)做多種方式的數(shù)學(xué)處理及計(jì)算，將采集器雜亂的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理加工，變?yōu)榭蛻粜枰臄?shù)據(jù)，而上位機(jī)軟件也需要引用數(shù)據(jù)分析處理中心處理后的數(shù)據(jù)，作為分析判斷的依據(jù)。所以在設(shè)計(jì)后臺(tái)時(shí)，應(yīng)首先設(shè)計(jì)數(shù)字濾波模塊。數(shù)字濾波是通過掌握信號(hào)處理的算法，通過程序設(shè)計(jì)達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)篩選、處理的一種方法。數(shù)字濾波簡(jiǎn)單的說是一個(gè)復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算處理算法，與模擬濾波相比，具有可靠性高、成本低、無波動(dòng)等特點(diǎn)。數(shù)字濾波模塊根據(jù)數(shù)據(jù)處理的要求設(shè)計(jì)了：限幅濾波、去粗大值濾波、加權(quán)平均濾波、IIR低通數(shù)字遞歸濾波、IIR高通數(shù)字遞歸濾波、過零濾波、電源噪音濾波等7種主要數(shù)字濾波處理方式。具體的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

自診斷系統(tǒng)模塊包括采集器異常數(shù)據(jù)檢測(cè)功能及自診斷功能兩個(gè)子模塊。異常數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)主要是對(duì)采集器自身的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測(cè)，開啟異常數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，采集器首先對(duì)采集器工作的環(huán)境溫度進(jìn)行檢測(cè)，如果超出了采集器正常的工作范圍，則采集器認(rèn)為自身處于危險(xiǎn)狀態(tài)中，會(huì)向數(shù)據(jù)中心發(fā)出采集器異常報(bào)文，上位機(jī)界面也會(huì)有顯示。然后采集器會(huì)在每一次采樣中對(duì)自身采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如果發(fā)現(xiàn)有長(zhǎng)時(shí)間超出采樣范圍的數(shù)據(jù)塊，采集器會(huì)認(rèn)為自己工作不正常，也會(huì)向數(shù)據(jù)中心發(fā)出報(bào)警，最后如果采集器采集的數(shù)據(jù)為一個(gè)固定值，而且長(zhǎng)時(shí)間保持不變，則采集器也會(huì)認(rèn)為自己的采樣器出現(xiàn)問題。采集器自診斷模塊主要是為了配合數(shù)據(jù)中心內(nèi)部集成的自診斷功能，當(dāng)數(shù)據(jù)中心發(fā)出自診斷命令后，采集器則開始自診斷，將診斷的結(jié)果通過發(fā)送十六進(jìn)制碼的形式回發(fā)給數(shù)據(jù)中心，讓數(shù)據(jù)中心進(jìn)行比對(duì)，從而判斷采集器是否工作正常。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為兩個(gè)級(jí)別。第一個(gè)級(jí)別為警示級(jí)別，其系統(tǒng)流程圖如圖4所示。如果振動(dòng)值高于此級(jí)別，數(shù)據(jù)中心會(huì)通過以太網(wǎng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出報(bào)警報(bào)文，但不采取停止風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動(dòng)作，風(fēng)力發(fā)電機(jī)收到此報(bào)文后，采取減小發(fā)電功率，降低勵(lì)磁電流，減少主軸及發(fā)電機(jī)振動(dòng)的運(yùn)行模式，直到風(fēng)力發(fā)電機(jī)收到振動(dòng)報(bào)警報(bào)文消除的報(bào)文為止。第二個(gè)級(jí)別為危險(xiǎn)級(jí)別，其系統(tǒng)流程圖如圖5所示。如果振動(dòng)值高于此級(jí)別，數(shù)據(jù)中心會(huì)持續(xù)檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)振動(dòng)值，如果振動(dòng)值在延遲停止延時(shí)內(nèi)，連續(xù)超過停止限值，這數(shù)據(jù)中心會(huì)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出緊急停車命令報(bào)文，如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)收到此報(bào)文，風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全鏈會(huì)自動(dòng)斷開，風(fēng)力發(fā)電機(jī)緊急停車，如果振動(dòng)持續(xù)或者由于其他原因風(fēng)力發(fā)電機(jī)未收到停車報(bào)文，采集器會(huì)在振動(dòng)超過危險(xiǎn)級(jí)別后延時(shí)10秒斷開風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全鏈系統(tǒng)，讓風(fēng)力發(fā)電機(jī)緊急停車，雙重安全設(shè)置保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。

經(jīng)后臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心分析處理過的振動(dòng)數(shù)據(jù)通過串口通信，連接到系統(tǒng)配套的風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)界面上進(jìn)行顯示、監(jiān)控，通過該上位機(jī)界面，也可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，對(duì)數(shù)據(jù)處理、報(bào)警限值、停止限值、中心頻率等參數(shù)進(jìn)行在線設(shè)置，另外該界面還能實(shí)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、G值校正等功能。根據(jù)實(shí)現(xiàn)要求，構(gòu)建風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)界面組成框圖如圖6所示。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。