风力发电机轴承故障诊断装置的制作方法

本实用新型涉及风力发电技术领域，特别涉及一种风力发电机轴承故障诊断装置。

背景技术：

随着能源危机和环境问题的日益严重，世界各国争相发展可再生新兴能源，我国长期规划明确支持“研究开发大型风力发电设备”，风电装备由此得到了迅猛发展。在风电迅猛发展的同时，风力发电机高额的运行维护成本影响了风场的经济效益。风场一般地处偏远、环境恶劣，并且机舱位于70m至90m以上的高空，给机组的维护维修工作造成了困难，增加了机组的运行维护成本。对于工作寿命为20年的机组，运行维护成本估计占到风场收入的10％-15％；对于海上风场，用于风力发电机运行维护的成本高达风场收入的20％-25％。高额的运行维护费用增加了风场的运营成本，降低了风电的经济效益。但随着投产的风力发电机数量和容量的不断增加，风力发电机的运行维护、故障监测、诊断技术的优化和改进已成为风力发电亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型解决上述不足，提供了一种风力发电机轴承故障诊断装置，提高了整体的诊断运行效率和控制性能。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种风力发电机轴承故障诊断装置，包括机械模块、若干振动传感器和数据采集模块，所述振动传感器分别对应安装在机械模块内的轴承部件处，用于检测对应轴承的振动信号，所述振动传感器输出端连接所述数据采集模块，其特征在于：所述数据采集模块包括放大模块和A/D转换模块，所述放大模块输入端连接所述振动传感器输出端，所述放大模块由两块INA129信号放大芯片构成，所述放大模块输出端连接所述A/D转换模块输入端，还包括一DSP运算模块和ARM控制模块，所述A/D转换模块输出端通过一电平转换接口与所述DSP运算模块信号互通连接，所述电平转换接口由两个SN74ALVC164245双向收发器构成，一个SN74ALVC164245双向收发器用于A/D转换模块数据转换后结果的传输，另一个SN74ALVC164245双向收发器用于A/D转换模块触发信号的传输，所述DSP运算模块扩展连接一SDRAM芯片和FLASH芯片，所述DSP运算模块通过HPI接口与所述ARM控制模块进行数据交换通信。

所述A/D转换模块输入端采用AD9221芯片。

所述DSP运算模块采用TMS320C6713芯片，所述ARM控制模块采用S3C2410A芯片。

所述HPI接口设有3组寄存器，3组寄存器分别为数据寄存器、地址寄存器和控制寄存器。

本实用新型通过与现有技术相比具有如下有益效果：本实用新型通过优化设计，采用控制与运算分体独立模式，提高整体的诊断运行效率，同时优化改进数据传输结构，提高了整体的控制性能。

本实用新型的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的单级INA129信号放大芯片连接电路示意图；

图3为本实用新型的A/D转换模块连接电路示意图；

图4为本实用新型的电平转换接口中A/D转换模块触发信号电路示意图；

图5为本实用新型的电平转换接口中A/D转换模块数据转换电路示意图；

图6为本实用新型的DSP运算模块通过HPI接口与ARM控制模块连接结构示意图；

图7为本实用新型的DSP运算模块通过HPI接口与ARM控制模块通信流程结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

如图1至图6所示，本实用新型提供的一种风力发电机轴承故障诊断装置，包括机械模块1、若干振动传感器2和数据采集模块3，机械模块1包括风叶16、与风叶16连接的低速驱动轴15、与低速驱动轴15连接的齿轮箱14、齿轮箱14后部通过高速驱动轴13与发电机11连接，还包括若干轴承12，轴承12分别位于低速驱动轴15和高速驱动轴13上，振动传感器2分别对应安装在机械模块1内的轴承12部件处，用于检测对应轴承12的振动信号，振动传感器2输出端连接数据采集模块3，数据采集模块3还包括放大模块31和A/D转换模块32，放大模块31输入端连接振动传感器12输出端，放大模块31由两块INA129信号放大芯片构成，振动传感器12传来的信号较弱，需要经过放大模块31完成信号放大，为确保在信号放大后不产生很大的衰减，放大模块31采用INA129作为信号放大芯片，该芯片可选择的增益为1～1000倍，且在G＝1000时，信号从1～10kHz衰减很小，INA129的最大电压偏移为50μV，最大温漂为0.5μV/℃，并且在G＞100的情况下，共模抑制比达到120dB，具有低功耗、高精度的特点，同时采用双级放大结构，可以满足增益要求，每级放大100倍，达到信号放大10000倍目的，放大模块31输出端连接A/D转换模块32输入端，还包括一DSP运算模块5和ARM控制模块7，A/D转换模块32输出端通过一电平转换接口4与DSP运算模块5信号互通连接，电平转换接口4由两个SN74ALVC164245双向收发器构成，一个SN74ALVC164245双向收发器用于A/D转换模块32数据转换后结果的传输，另一个SN74ALVC164245双向收发器用于A/D转换模块32触发信号的传输，采用一个安全可靠的电平转换接口4方便完成数据采集模块3与DSP运算模块5之间的数据传输通信，SN74ALVC164245双向收发器通过DIR端和OE端来控制转换方向和使能，采用两个SN74ALVC164245双向收发器分别转换，提高信号传输的稳定性和便捷性，同时方便整体设计，DSP运算模块5扩展连接一SDRAM芯片51和FLASH芯片52，DSP运算模块5通过HPI接口6与ARM控制模块7进行数据交换通信，HPI接口6是一种高效的并行口，可用于两个处理器进行主从式通信。

进一步，本实用新型A/D转换模块32输入端采用AD9221芯片，AD9221芯片是一块12bit、多采样频率、低功耗单电源供电的A/D转换芯片，最大转换率为1.5MH，信噪比为70dB，AD9221具有片内采样保持电路以及低温度飘移系数的基准电源，是一款接口简洁、功耗较低的A/D转换芯片，AD9221芯片的设计是将SENC端与VREF端短接，将VINB端和REFCOM端接地，OT R端为溢出信号，CLK端输入的是A/D转换模块启动触发信号，该信号直接由DSP运算模块5提供，DSP运算模块5利用Timer产生一个脉冲信号，VINA端为数据输入端，DB端为转换结果数据的输出端。

进一步，本实用新型DSP运算模块5采用TMS320C6713芯片，ARM控制模块7采用S3C2410A芯片，TMS320C6713的HPI采用16位通信，所以在访问HPI接口6的32位的寄存器时需要两次数据传输，HHWIL端就表示HPI当前操作的是前半字还是后半字，HHWIL端为低则为前半字，HHWIL端为高时操作后半字，HCNTL[1-0]端为寄存器控制信号，它指定操作哪个寄存器以及读写模式，HCNTL[1-0]端为00，访问控制寄存器63；HCNTL[1-0]端为01，访问地址寄存器62；HCNTL[1-0]端为10时，访问数据寄存器61，并在操作完成后对地址寄存器62进行自动增加；HCNTL[1-0]端为11时，访问数据寄存器61，HCS为片选信号，HDS[1-2]端为HPI输入锁存信号，HRDY端为准备信号，一旦数据在HPIC端中已准备就绪，就可以对数据进行读取，HPI接口设有3组寄存器，3组寄存器分别为数据寄存器61、地址寄存器62和控制寄存器63，通信之前，完成对控制寄存器63和地址寄存器62先后进行初始化，控制寄存器63中，需先初始化HWOB端，它为半字有效位，HWOB端＝1为前半字有效，HWOB端＝0为后半字有效，DSPINT端为ARM控制模块7向的DSP运算模块5发出的中断标志，DSP运算模块5通过接收这个中断来读取来自ARM控制模块7的命令和数据，它在DSP运算模块5只能被清空，HINT端为DSP运算模块5向ARM控制模块7发出的中断标志位，ARM控制模块7通过该信号读取DSP运算模块5数据，它在ARM控制模块7被清空，通过这两个信号可对主从双方进行简单的协调，地址寄存器62为其将要操作的数据的地址，地址寄存器62存放要传输的数据，对HPI接口6内的寄存器的读写实际上是ARM控制模块7对某些个特定内存空间进行读写。

本实用新型还包括一双电源供电模块8，双电源供电模块8包括两个DC-DC调整器81和一个电源监控模块82，DC-DC调整器81采用TPS54310电源芯片，电源监控模块82由TPS3823电源监控芯片构成，方便完成电源供应。

依据上述，本实用新型的工作原理为：当振动传感器2完成对轴承12的振动信号检测，通过传输至放大模块31完成信号放大，传输至A/D转换模块32完成数据传输，DSP运算模块5通过发送A/D转换模块32启动触发信号完成对A/D转换模块32的触发，结合电平转换接口4完成数据传输，DSP运算模块5读入轴承12振动信号对其进行时域参数和异音等级等故障诊断参数运算，得出结论，ARM控制模块7通过HPI接口6完成与DSP运算模块5通信，读取运算结果，判断轴承12是否有故障以及故障的原因。

本实用新型通过优化设计，采用控制与运算分体独立模式，提高整体的诊断运行效率，同时优化改进数据传输结构，提高了整体的控制性能。

由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。