一种风力发电机振动检测系统的制作方法

本发明涉及风力发电机辅助检测领域，具体地说，特别涉及到一种风力发电机振动检测系统。

背景技术：

传统的风力发电振动检测方式是给在工作现场给每一台风力发电机都配置一套完整的振动状态监视设备，价格高昂，而且由于其为功能分离的子系统，一旦风力发电机内部的振动状态监视系统出现隐性损坏，不仅不易发现，而且如果失效就会严重危及风力发电机运行安全。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种风力发电机振动检测系统，以解决现有技术中存在的问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种风力发电机振动检测系统，包括现场数据采集单元、后台数据分析处理单元和上位机监控单元；

所述现场数据采集单元包括安装在所述风力发电机组上的振动采集器，所述振动采集单元的数据输出端与后台数据分析处理单元通讯连接；

所述后台数据分析处理单元包括数字滤波模块、振动值计算模块、采集器异常数据检测及自诊断模块、异常数据报警模块；

其中，所述数字滤波模块用于对现场数据采集单元采集到的实时振动数据进行滤波、整流和分析，并获得后台数据分析处理单元和上位机监控单元可读的数据，其用作于分析判断的依据；所述振动值计算模块的数据输入端与数字滤波模块的输出端连接，振动值计算模块用于对经数字滤波模块处理后的实时振动数据进行计算，并将其发送给上位机监控单元；

所述采集器异常数据检测及自诊断模块用于对振动采集器自身的运行状况进行检测，检测的内容包括对采集器工作温度检测、长时间未采集到有效数据检测、采集到的数据为固定值检测；自诊断模块用于配合后台数据分析处理单元内部集成的自诊断功能，当后台数据分析处理单元发出自诊断命令后，采自诊断模块则开始自诊断，将诊断的结果通过发送十六进制码的形式回发给后台数据分析处理单元，从而判断振动采集器是否工作正常；

所述异常数据报警模块包括一级警报模式和二级警报模式；

所述一级警报模式的工作原理如下：

若振动采集器采集到的振动值大于一级警报模式的预设值，则后台数据分析处理单元会通过以太网向风力发电机发出报警信号，风力发电机收到此报文后，采取减小发电功率，降低励磁电流，减少主轴及发电机振动的运行模式，直到风力发电机收到振动报警报文消除的报文为止；

所述二级警报模式的工作原理如下：

若振动采集器采集到的振动值大于二级警报模式的预设值，则后台数据分析处理单元会持续检测风力发电机的实时振动值，如果振动值在延迟停止延时内，连续超过停止限值，这数据中心会向风力发电机发出紧急停车命令信号，风力发电机收到紧急停车命令信号，风力发电机安全链会自动断开，风力发电机紧急停车，若振动持续到风力发电机未收到停车报文，采集器会在振动超过危险级别后延时10秒断开风力发电机的安全链系统，让风力发电机紧急停车；

所述上位机监控单元用于通过串口通信接收经后台数据处理中心分析处理过的振动数据，并连接到系统配套的风力发电机振动检测系统界面上进行显示和监控，通过上位机界面能进行参数设置，对数据处理、报警限值、停止限值、中心频率等参数进行在线设置，上位机界面还能实现异常数据监测、G值校正。

进一步的，所述数字滤波模块包括限幅滤波、去粗大值滤波、加权平均滤波、IIR低通数字递归滤波、IIR高通数字递归滤波、过零滤波和电源噪音滤波。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

利用高速通信线路，在每一台风力发电机中仅设置一个振动采集器，通过风力发电机的主控系统即可实时将采集的振动数据传回主控室的后台数据中心，本发明设计的风力发电机振动检测系统，一方面能实现对传输到后台数据中心的大量振动数据进行筛选、滤波、计算分析并提取可供监控的结果数据等后台处理，另一方面设计一套振动数据监测界面，以实现后台数据的显示，达到实时检测每台风力发电机的运行状况，并对每台风力发电机加以远程控制的目的。

附图说明

图1为本发明所述的风力发电机振动检测系统的整体结构图。

图2为本发明所述的风力发电机振动检测系统总体设计框架图。

图3为本发明所述的数字滤波模块结构图。

图4为本发明所述的报警系统模块第一级别流程图。

图5为本发明所述的报警系统模块第二级别流程图。

图6为本发明所述的风力发电机振动检测系统界面组成框图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，本发明所述的风力发电机振动检测系统，由现场数据采集、后台数据分析处理及上位机监控界面三部分组成。风力发电现场的数据采集器将每台风力发电机振动值的实时数据通过光纤以太网上传到后台数据处理中心，再由后台数据处理中心发送到监控PC，后台数据处理中心将各种振动数据进行分析处理后，最终在监控PC的风力发电机振动检测界面中显示出来，以便监控。当振动超限时，后台数据中心发出相应紧急处理指令给出故障的风力发电机，让风力发电机远程停机。

本设计在图1所示的风力发电机振动检测系统的结构及原理基础上设计具体的振动检测系统。本设计主要讨论现场数据实时采集后送入监控PC进行数据分析处理和在检测界面上显示、监测两部分的内容，而现场数据采集部分主要是针对硬件下位机采集器服务的，该部分主要是对现场振动数据采集器的配置管理、存储系统设置、通信协议的设置等方面进行程序设计与编写，在实际设计时，该部分的程序也是内置在采集器中的，可以由设计采集器的人员进行编写，风力发电机检测系统的总体设计框架如图2所示。

后台数据分析处理中心设置有数字滤波、振动值计算、采集器异常数据检测和自诊断及异常数据报警四个模块。它的主要作用一是对采集器采集到的实时振动数据进行处理，实现滤波、有效值、峰值、峰峰值计算，从而使检测系统得到有效数据；二是对处理后的数据进行分析比较，判断是否异常，以及实现自检和报警的功能。分析处理后的结果最终会传送给上位机界面进行显示，为风力发电机振动检测做控制的依据，风力发电机上位机界面主要是一个数据判断、处理和人机交互的界面，提供人性化、可视化的界面供操作人员查看、配置和使用。

如图2所示，后台数据分析处理中心主要由数字滤波模块、振动值计算模块、自诊断系统模块和报警系统模块四部分组成。后台数据分析处理中心功能的设计与实现是风力发电机振动检测系统顺利运行的前提。

现场采集器采集到的实时振动数据信息量大，也比较杂乱，各种干扰信号多，控制系统是无法直接进行分析和判断的。当采集器的数据通过网络传到数据中心后，首先应该对数据做多种方式的数学处理及计算，将采集器杂乱的数据经过处理加工，变为客户需要的数据，而上位机软件也需要引用数据分析处理中心处理后的数据，作为分析判断的依据。所以在设计后台时，应首先设计数字滤波模块。数字滤波是通过掌握信号处理的算法，通过程序设计达到对数据筛选、处理的一种方法。数字滤波简单的说是一个复杂的数据计算处理算法，与模拟滤波相比，具有可靠性高、成本低、无波动等特点。数字滤波模块根据数据处理的要求设计了：限幅滤波、去粗大值滤波、加权平均滤波、IIR低通数字递归滤波、IIR高通数字递归滤波、过零滤波、电源噪音滤波等7种主要数字滤波处理方式。具体的结构图如图3所示。

自诊断系统模块包括采集器异常数据检测功能及自诊断功能两个子模块。异常数据检测系统主要是对采集器自身的运行状况进行检测，开启异常数据监测系统后，采集器首先对采集器工作的环境温度进行检测，如果超出了采集器正常的工作范围，则采集器认为自身处于危险状态中，会向数据中心发出采集器异常报文，上位机界面也会有显示。然后采集器会在每一次采样中对自身采样的数据进行分析，如果发现有长时间超出采样范围的数据块，采集器会认为自己工作不正常，也会向数据中心发出报警，最后如果采集器采集的数据为一个固定值，而且长时间保持不变，则采集器也会认为自己的采样器出现问题。采集器自诊断模块主要是为了配合数据中心内部集成的自诊断功能，当数据中心发出自诊断命令后，采集器则开始自诊断，将诊断的结果通过发送十六进制码的形式回发给数据中心，让数据中心进行比对，从而判断采集器是否工作正常。

风力发电机振动监测系统的报警系统设计分为两个级别。第一个级别为警示级别，其系统流程图如图4所示。如果振动值高于此级别，数据中心会通过以太网向风力发电机发出报警报文，但不采取停止风力发电机的动作，风力发电机收到此报文后，采取减小发电功率，降低励磁电流，减少主轴及发电机振动的运行模式，直到风力发电机收到振动报警报文消除的报文为止。第二个级别为危险级别，其系统流程图如图5所示。如果振动值高于此级别，数据中心会持续检测风力发电机的实时振动值，如果振动值在延迟停止延时内，连续超过停止限值，这数据中心会向风力发电机发出紧急停车命令报文，如果风力发电机收到此报文，风力发电机安全链会自动断开，风力发电机紧急停车，如果振动持续或者由于其他原因风力发电机未收到停车报文，采集器会在振动超过危险级别后延时10秒断开风力发电机的安全链系统，让风力发电机紧急停车，双重安全设置保证风力发电机的安全运行。

经后台数据处理中心分析处理过的振动数据通过串口通信，连接到系统配套的风力发电机振动检测系统界面上进行显示、监控，通过该上位机界面，也可进行参数设置，对数据处理、报警限值、停止限值、中心频率等参数进行在线设置，另外该界面还能实现异常数据监测、G值校正等功能。根据实现要求，构建风力发电机振动检测系统界面组成框图如图6所示。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。