风机监控系统的制作方法

本实用新型涉及风机监控领域，具体而言，涉及一种风机监控系统。

背景技术：

随着对环保理念的加强，风力发电已经得到了很快的发展，井喷式的装机量使风力发电慢慢步入了风电运维的后市场。

现有的风电运维普遍采用传统的思路：即定期检测和事后维修相结合。监控检测设备在主体设计时集成或半集成在风机内部，各设备之间相对独立，安放位置与角度相对固定，提供的检测可能性与时效性非常有限。一旦出现异常数据，需要人工实地验证调试。

系统来讲，现行主流风机检测系统具有以下几个主要缺陷：

1)监测设备集成在风机主体内部，增加了风机的设计成本与设计难度，同时降低了灵活性，系统更改和升级难度增大；

2)监测设备与风机控制终端之间采用有线连接，不仅设计复杂且成本较高，在恶劣环境下故障率亦较高；

3)监测设备的各个单元是相对独立的，各个单元发送信号的模式各异、种类庞杂，维护检修的难度极大；

4)现有的监测设备实时产生的数据量亦非常庞大，没有本地有效的预处理，增大了客户端处理的难度与耗时、数据处理精度较低；

5)监测设备中的各个单元均需单独有线供电，增加了风机的设计与维护成本，同时对监测的对象空间的选择有很大的局限性，不能实现全方位监测。

目前，市场上亦有部分监测系统采用了无线传感器网络(Wireless sensor network)进行系统性布局对风机的运行情况进行监测，替代传统布线模式收集并打包发送监测数据。但是，这些系统普遍不具备数据预处理能力，亦无远程软件算法更新升级的可能性。如果需要引入新的监测模块或者功能升级，仍需进行较大的系统级的硬件方案更改。同时，这些监控系统普遍采用传统的电池供电方案为传感器提供能量，一旦需要更换电池或者检修监测终端，需要大量人工进行实地操作。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种风机监控系统，以至少解决现有技术中的风机监测系统不具备数据预处理能力，导致用户端数据接收和处理量大、处理结果精度较低的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型，提供了一种风机监控系统，包括：监测装置，设置在风机主体内多个待监测的相应部位，用于采集风机主体内各个待监测部位的相应的物理数据；通信控制单元，与监测装置连接，用于对监测装置采集的物理数据进行相应的预处理；本地云处理单元，与通信控制单元连接，用于对通信控制单元的部分预处理结果作进一步处理并产生相应的操作指令通过通信控制单元返回至监测装置，以及将通信控制单元的另一部分预处理结果发送至用户控制终端；用户控制终端，与本地云处理单元连接，用于对本地云处理单元发送的预处理结果作进一步处理，以及根据监测需求通过本地云处理单元向监测装置发送相应的监测控制指令。

进一步地，风机监控系统还包括：用户端云处理单元，与用户控制终端和本地云处理单元连接，用于将本地云处理单元发送的预处理结果进行缓存后发送给用户控制终端，以及将用户控制终端发送的监测控制指令进行缓存后发送给本地云处理单元。

进一步地，风机监控系统还包括：本地通信控制中心，设置在风机主体上，与本地云处理单元和用户端云处理单元连接，用于将本地云处理单元发送的预处理结果进行打包后发送给用户端云处理单元，以及将用户端云处理单元缓存的监测控制指令进行打包后发送至本地云处理单元。

进一步地，监测装置包括以下至少之一：风机叶片区域监测设备、风机传动链区域监测设备、风机机舱/液压系统区域设备、风机塔筒基座区域监测设备。

进一步地，风机叶片区域监测设备包括以下至少之一：变桨轴承传感器、应变/受力传感器、叶片结冰传感器、损伤裂缝传感器、螺栓连接传感器以及叶片区域摄像头。

进一步地，风机传动链区域监测设备包括以下至少之一：锈蚀检测传感器、齿轮转速传感器、渗漏检测传感器、震动传感器、螺栓连接传感器以及传动链区域摄像头。

进一步地，风机机舱/液压系统区域设备包括以下至少之一：锈蚀传感器、多点亮度传感器、温湿度传感器、损伤裂缝传感器、螺栓连接传感器以及机舱/液压系统区域。

进一步地，风机塔筒基座区域监测设备包括以下至少之一：锈蚀传感器、螺栓连接传感器、温湿度传感器、损伤裂缝传感器、基座松动传感器以及塔筒基座区域摄像头。

进一步地，风机监控系统还包括：震动能量收集单元，设置在风机主体内并与监测装置以及通信控制单元连接，用于将风机工作过程中风机主体的震动能量转换为电能并为监测装置以及通信控制单元供电。

进一步地，风机监控系统还包括：可扩展通信终端，与通信控制单元连接。

应用本实用新型技术方案的风机监控系统，通过设置监测装置、通信控制单元、本地云处理单元以及用户控制终端：监测装置设置在风机主体内多个待监测的相应部位，用于采集风机主体内各个待监测部位的相应的物理数据；通信控制单元与监测装置连接，用于对监测装置采集的物理数据进行相应的预处理；本地云处理单元与通信控制单元连接，用于对通信控制单元的部分预处理结果作进一步处理并产生相应的操作指令通过通信控制单元返回至监测装置，以及将通信控制单元的另一部分预处理结果发送至用户控制终端；用户控制终端与本地云处理单元连接，用于对本地云处理单元发送的预处理结果作进一步处理，以及根据监测需求通过本地云处理单元向各个监测装置发送相应的监测控制指令。解决了现有技术中的风机监测系统不具备数据预处理能力，导致用户端数据接收和处理量大、处理结果精度较低的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例可选的一种风机监控系统的结构框图；

图2是根据本实用新型实施例可选的第二种风机监控系统的结构框图；

图3是根据本实用新型实施例可选的第三种风机监控系统的结构框图；

图4是根据本实用新型实施例可选的第四种风机监控系统的结构框图；

图5是根据本实用新型实施例可选的第五种风机监控系统的结构框图；

图6是根据本实用新型实施例可选的第六种风机监控系统的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

根据本实用新型实施例的风机监控系统，如图1所示，包括：监测装置10、通信控制单元20、本地云处理单元30以及用户控制终端40，监测装置10设置在风机主体内多个待监测的相应部位，用于采集风机主体内各个待监测部位的相应的物理数据；通信控制单元20与监测装置10连接，用于对监测装置10采集的物理数据进行相应的预处理；本地云处理单元30与通信控制单元20连接，用于对通信控制单元20的部分预处理结果作进一步处理并产生相应的操作指令通过通信控制单元20返回至监测装置10，以及将通信控制单元20的另一部分预处理结果发送至用户控制终端40；用户控制终端40与本地云处理单元30连接，用于对本地云处理单元30发送的预处理结果作进一步处理，以及根据监测需求通过本地云处理单元30向各个监测装置10发送相应的监测控制指令。

应用本实用新型技术方案的风机监控系统，通过设置监测装置10、通信控制单元20、本地云处理单元30以及用户控制终端40：监测装置10设置在风机主体内多个待监测的相应部位，用于采集风机主体内各个待监测部位的相应的物理数据；通信控制单元20与监测装置10连接，用于对监测装置10采集的物理数据进行相应的预处理；本地云处理单元30与通信控制单元20连接，用于对通信控制单元20的部分预处理结果作进一步处理并产生相应的操作指令通过通信控制单元20返回至监测装置10，以及将通信控制单元20的另一部分预处理结果发送至用户控制终端40；用户控制终端40与本地云处理单元30连接，用于对本地云处理单元30发送的预处理结果作进一步处理，以及根据监测需求通过本地云处理单元30向各个监测装置发送相应的监测控制指令。解决了现有技术中的风机监测系统不具备数据预处理能力，导致用户端数据接收和处理量大、处理结果精度较低的问题。

为了能够将用户控制终端40与本地云处理单元30的之间的发送的数据进行缓存，可选地，如图2所示，风机监控系统还包括：用户端云处理单元50，用户端云处理单元50与用户控制终端40和本地云处理单元30连接，用于将本地云处理单元30发送的预处理结果进行缓存后发送给用户控制终端40，以及将用户控制终端40发送的监测控制指令进行缓存后发送给本地云处理单元30。

为了实现用户控制终端40与本地云处理单元30之间的远程通信，如图3所示，风机监控系统还包括：本地通信控制中心60，本地通信控制中心60设置在风机主体上，与本地云处理单元30和用户端云处理单元50连接，用于将本地云处理单元30发送的预处理结果进行打包后发送给用户端云处理单元50，以及将用户端云处理单元50缓存的监测控制指令进行打包后发送至本地云处理单元。

风机主体一般的故障部位主要包括四个区域，叶片区域、传动链区域、机舱/液压系统区域和塔筒基座区域，为了对风机主体的各个不同位置均能实现有效地监测，可选地，如图4所示，监测装置10包括以下至少之一：风机叶片区域监测设备11、风机传动链区域监测设备12、风机机舱/液压系统区域设备13、风机塔筒基座区域监测设备14。

可选地，风机叶片区域监测设备11包括以下至少之一：变桨轴承传感器、应变/受力传感器、叶片结冰传感器、损伤裂缝传感器、螺栓连接传感器以及叶片区域摄像头。

可选地，风机传动链区域监测设备12包括以下至少之一：锈蚀检测传感器、齿轮转速传感器、渗漏检测传感器、震动传感器、螺栓连接传感器以及传动链区域摄像头。

可选地，风机机舱/液压系统区域设备13包括以下至少之一：锈蚀传感器、多点亮度传感器、温湿度传感器、损伤裂缝传感器、螺栓连接传感器以及机舱/液压系统区域摄像头。

可选地，风机塔筒基座区域监测设备14包括以下至少之一：锈蚀传感器、螺栓连接传感器、温湿度传感器、损伤裂缝传感器、基座松动传感器以及塔筒基座区域摄像头。

不同功能的传感器终端布局于风机对应需求部位，由于传感器终端的模块化设计，分布的位置与方向没有硬性要求。

为了能够为风机主体内的监测装置10和通信控制单元20进行供电，可选地，如图5所示，风机监控系统还包括：震动能量收集单元70，设置在风机主体内并与监测装置10以及通信控制单元20连接，用于将风机工作过程中风机主体的震动能量转换为电能并为监测装置10以及通信控制单元20供电。

为了使通信控制单元能够与其他终端设备进行通信连接，可选地，如图6所示，风机监控系统还包括：可扩展通信终端80，与通信控制单元20连接。

为了向风机主体进行供电，还设置有与风机主体连接的备用太阳能发电设备，能够在风机主体自身电力无法自给的情况下，通过备用太阳能发电设备进行供电。

本实用新型实施例的风机监控系统由以下几个主要部分组成：监测装置10、通信控制单元20、本地云处理单元30、用户控制终端40、用户端云处理单元50、本地通信控制中心60、震动能量收集单元70和可扩展通信终端80。

具体工作过程中，分布于风机主体各个关键位置的监测装置10将采集到的数据通过Zigbee或BLE通讯方式传送到风电主体的本地云处理单元30，Zigbee或BLE通信方式由用户定制，可根据需要进行选择。并由通信控制单元20进行批量预处理。一些简单的程序化操作指令直接由本地云处理单元30返回给监测装置10，进行相应操作处理。

对于复杂的预处理结果，本地预存指令无法处理，或结果达到警戒标准，则由本地云处理单元30分类打包发送给风机主体的本地通信控制中心60，本地通信控制中心60可以是原有的或定制的，本地通信控制中心60将以卫星通信(远海)或无线数据通信(兼容GPRS/3G/4G，取决于风机环境条件)发送给用户端云处理单元50。用户控制终端40中不同位置的远程用户通过因特网可以共享收到数据，并通过专属UI界面收集、计算、处理和存档所收到的数据结果。同理。当用户控制终端40有检测需求时，指令可直接通过UI界面下达，通过互联网传送到用户端云处理单元50，再通过卫星或无线数据通讯发送到风机本地通信控制中心60，在经过本地云处理单元30预处理后，送达监测装置10的各个传感器终端执行。

用户端云处理单元50和本地云处理单元30的主要功能体现于：

1、对传感器终端各节点发送的庞大数据流具备缓冲，预处理和分类打包的作用。节省了用户控制终端40的数据接收、处理计算量，提高了处理结果的精度，降低了虚警、漏警概率；

2、当风机本地云处理单元30中的预存处理指令和算法需要升级的时候，用户只需通过用户控制终端40进行远程云操作，无需亲临现场；

3、传感器终端存储能力有限，需要存档的数据可以直接存在本地云处理单元30，起到数字日志作用(Digital log)；

4、预留的可扩展通信终端80，可以通过云端实现；

5、用户控制终端40可以实现多界面、多用户并行处理，节省了主机硬件需求。

传感器终端采用基于Zigbee或者BLE协议的通讯设备，具体方案可根据用户需求定制，其收发机硬件(包括射频前端，数字基带)是共享的，只需改变软件即可。Zigbee与BLE终端可以以十分多路复用的形式运行，亦可以支持并发模式。

为达到超低功耗性能，大部分传感器采用事件触发式的深度睡眠模式，即，仅当有警报指产生或收到指令时进入工作模式，其余事件则处于休眠状态。对于光照、湿度、温度等传感器，则采用超低占空比工作模式，即每10秒钟启动一次，数据包传输完毕则再次深度休眠。传感器平均功耗可低至10uW。传感器无线电周边硬件配备12-bit至14-bit的定制模数转换模块，以满足客户需求的感知精度。同时，本系统除具备云存储功能以外，各个传感器终端亦配备256kb的Flash模块，以实现数据保存，最大程度降低漏警概率。

位于塔筒的震动能量收集单元70用于为各个传感器终端供电。传统锂电池可以维持传感器终端3年左右使用寿命，之后便需要人工更换电池，这对于复杂的传感器网络，尤其是位于远海的风机传感器网络，是十分复杂的工作且代价高昂。震动能量收集单元70可以持续收集风机运转过程中的震动能量并转化为电能为电池蓄电，正常情况(电池没有物理损耗)下可免除充电、更换的需求。同时，基于震动的能量收集方式不受日照温度等自然环境限制，24小时可以连续工作，并保持稳定的效率。由于传感器终端分布广泛且位置随机，可以在风机主体的多个地方安装震动能量收集单元70，仅给附近的高频次使用传感器供电，并布下一些备用的震动能量收集单元70。

通信控制单元20，本地云处理单元30和本地通信控制中心60通过220VAC/24VDC模块进行供电。

风机主体的各个关键部位均配备了高清摄像头，如叶片区域摄像头可用来观测叶片的表面损伤、裂缝等表面不连续性，并以图片的形式发送给用户控制终端40。在传统风机监测运维工作中，这往往是由人工肉眼完成的，与本专利方案相比成本较高，时效性较差。同理，在风机传动链区域、风机机舱/液压系统区域、风机塔筒基座区域等关键位置，亦设置有相应的摄像头，以实现多角度高清观测。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。