专利名称：多功能风电机组安全监测及故障诊断装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多功能风电机组安全监测及故障诊断装置，属于电气自动化 测试控制技术领域。
背景技术：
现有的风电机组安全监测及故障诊断系统是一种对风电机组进行安全监测和齿 轮箱振动数据采集及故障诊断的装置。根据风场故障记录集及实际经验，五年之后风电机 组传动机构特别是齿轮箱故障发生率较高，严重影响了机组的正常运行。虽然风电机组自 带监控设备，对关键运行参数进行实时监测，但未对传动机构进行充分监测，由此造成的意 外停机经常导致重大事故的发生，降低了风场可利用率，影响设备的使用寿命，风电场年发 电量减少，风电场的办公自动化水平低。目前，在测试控制领域中开发出这种综合而全面的 系统很少，已有产品中大部分是对齿轮箱振动进行数据采集和故障预警，预警效果并不明 显，而能做到对风电机组进行综合安全监测的更是少之又少。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、功能全面、测量精度 高、性能稳定、故障诊断正确率高、能提高机组运行效率和安全性的多功能风电机组安全监 测及故障诊断装置。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是该多功能风电机组安全监测 及故障诊断装置，其结构特点是包括数据处理单元，所述的数据处理单元直接与电源模 块、状态指示模块、存储器相连，所述的数据处理单元通过总线接口分别与温度控制单元、 脉冲计数单元、烟雾报警装置、数据采集单元相连，所述的数据处理单元通过网络接口与上 位机相连。本实用新型所述的数据处理单元还通过总线接口与射频识别模块相连，射频识别 模块与射频设备相连。本实用新型所述的数据处理单元还通过总线接口与视频采集模块、视频角度控制 器相连，视频采集模块、视频角度控制器分别与红外摄像机相连。本实用新型所述的数据处理单元还与音频交互模块相连，音频交互模块与音频设 备相连。本实用新型所述的脉冲计数单元由相互连接的脉冲计数模块和转速传感器组成， 脉冲计数模块通过总线接口与数据处理单元相连。本实用新型所述的数据采集单元由数据采集模块、信号调理单元、位移传感器和 振动传感器组成，数据采集模块通过总线接口与数据处理单元相连，信号调理单元与数据 采集模块相连，位移传感器和振动传感器分别与信号调理单元相连。本实用新型所述的温度控制单元由相互连接的温度控制器和热敏电阻组成，温度 控制器通过总线接口与数据处理单元相连。[0011]本实用新型同现有技术相比具有以下优点及效果本实用新型采用插有数据采集卡和脉冲计数卡的数据处理单元，实现复杂的采 集、调理、控制、保护、诊断、报警提示等功能，能够采集振动数据并在上位机实时显示振动 状态并进行振动故障诊断和预警；可以对机舱内部由于电气短路产生的烟雾进行报警，大 大提高了机组运行的可靠程度；能够对风机机舱内部进行远程视频监视、音频交互；带有 射频识别设备进行登机管理，存储数据库可以与风场运营系统共享，提高了风场的办公管 理水平。由于采用了稳定的嵌入式计算系统，高速的数据采集卡，保证了采集的速度和精 度。同时由于在控制系统的软件设计上加入了保护措施，大大提高了系统的安全性和可靠 性。该方案还具有良好的可扩展性能，以较少的投入即可以实现更加复杂的测试功能。本实用新型的优点是功能全面、采集速度快、精度高、性能稳定、能显著提高机组 运行效率和安全性。
图1为本实用新型的总体结构示意图；图2为视频角度控制及视频数据网络传输流程示意图；图3为故障诊断算法原理示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型 的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。实施例1 如图1所示，本实施例由数据处理单元1、数据采集模块2、脉冲计数模 块3、总线接口 4、射频设备5、音频交互模块6、信号调理单元7、视频采集模块8、视频角度 控制器9、温度控制器10、烟雾报警装置11、射频识别模块12、电源模块13、状态指示模块 14、存储器15、网络接口 16、上位机17、红外摄像机18、音频设备19、位移传感器20、振动传 感器21、热敏电阻22、转速传感器23组成。风电机组安全监测及故障诊断系统的核心和主体是数据处理单元1，数据采集模 块2、视频采集模块8、音频交互模块6、脉冲计数模块3及视频角度控制器9、射频识别模块 12、烟雾报警装置11、温度控制器10通过总线接口 4与数据处理单元1通信；存储器15通 过IDE接口与数据处理单元1连接。状态指示模块14安装在装置前面板上，通过总线接 口 4与数据处理单元1相连。电源模块13与数据处理单元1相连并为整个系统供电。振 动传感器21和位移传感器20与信号调理单元7相连，信号调理单元7又与数据采集模块 2连接。红外摄像机18分别与视频采集模块8和视频角度控制器9相连。音频设备19与 音频交互模块6相连。转速传感器23和脉冲计数模块3相连。热敏电阻22与温度控制器 10相连，分别安装于主轴输入端轴承、齿轮箱、齿轮箱输出轴承、发电机输入、输出轴承等， 以监测设备运行温度情况。射频识别模块12通过总线接口 4与数据处理单元1相连，射频 设备5与射频识别模块12相连。风电机组齿轮箱位移及振动信号的采集由由多只振动传感器21及位移传感器20 实现，振动传感器21和位移传感器20与可扩展信号调理单元7连接，实现振动及位移数据 采集功能，所采集的振动部位为风电机组故障率较高部位，具有普遍性。振动传感器21频率范围为0. IHz 30kHz，监测加速度范围为IOg 200g，工作温度为-40°C 120°C，由触 变性快速定位胶固定，各传感器分布在齿轮箱和发电机故障率较高部位。位移传感器20固 定于风机齿轮箱输出轴处的刹车盘，与刹车盘距离保持在8mm内；红外摄像机18分别与视频采集模块8和视频角度控制器9相连，构成了安全监测 功能之一视频监控。如图2所示，红外摄像机18的视频角度控制系统由控制摄像头角度的步进电机、 高速数据处理单元、网络数据传输及控制算法组成。上位机17可以通过网络向风电机组安 全监测及故障诊断装置发送指令，精确调节电机转速及转向以实现对红外摄像机18的角 度控制。所述的数据网络传输流程如图2中，红外摄像机18采集视频图像，经过光学校正可 以实现视频本地播放，同时采集到的视频图像经过视频数据压缩通过网络实现远程传输并 存储；存储后的数据经过数据解压、光学校正后实现视频远程播放即远程视频监控。其中， 光学校正、数据压缩、网络发送、视频本地播放功能在高速数据处理单元实现；网络接收、视 频解压、校正、视频存储及视频远程播放在远程计算机实现。射频识别模块12使风电机组具备登机管理功能，登机管理数据库可以同风电场 运营管理信息系统共享数据库，风场工作人员编号、登机时间、登机机组编号都会实时显示 并存储于上位机17的数据库，方便查询，可以对风场工作人员进行有效、科学的管理，提高 风电场办公管理水平。如图3所示故障诊断算法原理示意图，振动传感器21采集振动信号，位移传感器 20采集位移信号，经过调理、低通滤波并进行FFT、功率谱、频域、时域和其他特殊分析后， 进行单回路诊断分析，即对每一个振动数据采集通道分别进行分析。由于故障与特征之间 不是一一对应的关系，不同的故障特征是相互交叉的，因此需要进行故障的特征的交叉诊 断分析。交叉诊断分析采用的是基于规则的产生式系统，主要由单回路诊断结果、诊断规则 和诊断数据库组成。诊断规则是需要选择采用的某种诊断规则，诊断数据库中包含求解问 题的世界范围内的故障事实。通过采用正向链的策略，寻找出前提可以同诊断数据库中的 事实相匹配的那些规则，并运用冲突的消除策略，从这些都可满足的规则中挑选出一个执 行，从而改变原来诊断数据库的内容。这样反复地进行寻找，直到诊断数据库的事实与目标 一致即找到解答，或者到没有规则可以与之匹配时才停止。通过理清各个故障之间的关系 及各个故障在振动中所占的相对量值保证诊断结果的正确率。诊断软件界面包含的功能 有振动幅值、实时显示各测点时域、频域波形、振动趋势分析、历史数据查询、关键部位温 度、特征参数越限报警、故障报警、维修意见、报表打印等。故障振动信息与转速存在某种对应关系，所以故障诊断算法需要测量风电机组转 速信号，分别在前端主轴和发电机输入端安装转速传感器23 —只，以寻找齿轮箱及发电机 振动与各自转速之间的对应联系。此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名 称等可以不同。凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化， 均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描 述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型 的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。
权利要求一种多功能风电机组安全监测及故障诊断装置，其特征是包括数据处理单元，所述的数据处理单元直接与电源模块、状态指示模块、存储器相连，所述的数据处理单元通过总线接口分别与温度控制单元、脉冲计数单元、烟雾报警装置、数据采集单元相连，所述的数据处理单元通过网络接口与上位机相连。
2.根据权利要求1所述的多功能风电机组安全监测及故障诊断装置，其特征是所述 的数据处理单元还通过总线接口与射频识别模块相连，射频识别模块与射频设备相连。
3.根据权利要求1所述的多功能风电机组安全监测及故障诊断装置，其特征是所述 的数据处理单元还通过总线接口与视频采集模块、视频角度控制器相连，视频采集模块、视 频角度控制器分别与摄像机相连。
4.根据权利要求1所述的多功能风电机组安全监测及故障诊断装置，其特征是所述 的数据处理单元还与音频交互模块相连，音频交互模块与音频设备相连。
5.根据权利要求1所述的多功能风电机组安全监测及故障诊断装置，其特征是所述 的脉冲计数单元由相互连接的脉冲计数模块和转速传感器组成，脉冲计数模块通过总线接 口与数据处理单元相连。
6.根据权利要求1所述的多功能风电机组安全监测及故障诊断装置，其特征是所述 的数据采集单元由数据采集模块、信号调理单元、位移传感器和振动传感器组成，数据采集 模块通过总线接口与数据处理单元相连，信号调理单元与数据采集模块相连，位移传感器 和振动传感器分别与信号调理单元相连。
7.根据权利要求1所述的多功能风电机组安全监测及故障诊断装置，其特征是所述 的温度控制单元由相互连接的温度控制器和热敏电阻组成，温度控制器通过总线接口与数 据处理单元相连。
专利摘要本实用新型涉及一种多功能风电机组安全监测及故障诊断装置，属于电气自动化测试控制技术领域。该多功能风电机组安全监测及故障诊断装置，其结构特点是包括数据处理单元，所述的数据处理单元直接与电源模块、状态指示模块、存储器相连，所述的数据处理单元通过总线接口分别与温度控制单元、脉冲计数单元、烟雾报警装置、数据采集单元相连，所述的数据处理单元通过网络接口与上位机相连。
文档编号F03D7/00GK201714570SQ201020171289
公开日2011年1月19日 申请日期2010年4月26日 优先权日2010年4月26日
发明者刘晓光, 唐建中, 范炜, 钟天宇 申请人:华电电力科学研究院