專利名稱：多功能風(fēng)電機(jī)組安全監(jiān)測及故障診斷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種多功能風(fēng)電機(jī)組安全監(jiān)測及故障診斷裝置，屬于電氣自動化 測試控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的風(fēng)電機(jī)組安全監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)是一種對風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行安全監(jiān)測和齒 輪箱振動數(shù)據(jù)采集及故障診斷的裝置。根據(jù)風(fēng)場故障記錄集及實際經(jīng)驗，五年之后風(fēng)電機(jī) 組傳動機(jī)構(gòu)特別是齒輪箱故障發(fā)生率較高，嚴(yán)重影響了機(jī)組的正常運行。雖然風(fēng)電機(jī)組自 帶監(jiān)控設(shè)備，對關(guān)鍵運行參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，但未對傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行充分監(jiān)測，由此造成的意 外停機(jī)經(jīng)常導(dǎo)致重大事故的發(fā)生，降低了風(fēng)場可利用率，影響設(shè)備的使用壽命，風(fēng)電場年發(fā) 電量減少，風(fēng)電場的辦公自動化水平低。目前，在測試控制領(lǐng)域中開發(fā)出這種綜合而全面的 系統(tǒng)很少，已有產(chǎn)品中大部分是對齒輪箱振動進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和故障預(yù)警，預(yù)警效果并不明 顯，而能做到對風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行綜合安全監(jiān)測的更是少之又少。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、功能全面、測量精度 高、性能穩(wěn)定、故障診斷正確率高、能提高機(jī)組運行效率和安全性的多功能風(fēng)電機(jī)組安全監(jiān) 測及故障診斷裝置。本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該多功能風(fēng)電機(jī)組安全監(jiān)測 及故障診斷裝置，其結(jié)構(gòu)特點是包括數(shù)據(jù)處理單元，所述的數(shù)據(jù)處理單元直接與電源模 塊、狀態(tài)指示模塊、存儲器相連，所述的數(shù)據(jù)處理單元通過總線接口分別與溫度控制單元、 脈沖計數(shù)單元、煙霧報警裝置、數(shù)據(jù)采集單元相連，所述的數(shù)據(jù)處理單元通過網(wǎng)絡(luò)接口與上 位機(jī)相連。本實用新型所述的數(shù)據(jù)處理單元還通過總線接口與射頻識別模塊相連，射頻識別 模塊與射頻設(shè)備相連。本實用新型所述的數(shù)據(jù)處理單元還通過總線接口與視頻采集模塊、視頻角度控制 器相連，視頻采集模塊、視頻角度控制器分別與紅外攝像機(jī)相連。本實用新型所述的數(shù)據(jù)處理單元還與音頻交互模塊相連，音頻交互模塊與音頻設(shè) 備相連。本實用新型所述的脈沖計數(shù)單元由相互連接的脈沖計數(shù)模塊和轉(zhuǎn)速傳感器組成， 脈沖計數(shù)模塊通過總線接口與數(shù)據(jù)處理單元相連。本實用新型所述的數(shù)據(jù)采集單元由數(shù)據(jù)采集模塊、信號調(diào)理單元、位移傳感器和 振動傳感器組成，數(shù)據(jù)采集模塊通過總線接口與數(shù)據(jù)處理單元相連，信號調(diào)理單元與數(shù)據(jù) 采集模塊相連，位移傳感器和振動傳感器分別與信號調(diào)理單元相連。本實用新型所述的溫度控制單元由相互連接的溫度控制器和熱敏電阻組成，溫度 控制器通過總線接口與數(shù)據(jù)處理單元相連。[0011]本實用新型同現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點及效果本實用新型采用插有數(shù)據(jù)采集卡和脈沖計數(shù)卡的數(shù)據(jù)處理單元，實現(xiàn)復(fù)雜的采 集、調(diào)理、控制、保護(hù)、診斷、報警提示等功能，能夠采集振動數(shù)據(jù)并在上位機(jī)實時顯示振動 狀態(tài)并進(jìn)行振動故障診斷和預(yù)警；可以對機(jī)艙內(nèi)部由于電氣短路產(chǎn)生的煙霧進(jìn)行報警，大 大提高了機(jī)組運行的可靠程度；能夠?qū)︼L(fēng)機(jī)機(jī)艙內(nèi)部進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視、音頻交互；帶有 射頻識別設(shè)備進(jìn)行登機(jī)管理，存儲數(shù)據(jù)庫可以與風(fēng)場運營系統(tǒng)共享，提高了風(fēng)場的辦公管 理水平。由于采用了穩(wěn)定的嵌入式計算系統(tǒng)，高速的數(shù)據(jù)采集卡，保證了采集的速度和精 度。同時由于在控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計上加入了保護(hù)措施，大大提高了系統(tǒng)的安全性和可靠 性。該方案還具有良好的可擴(kuò)展性能，以較少的投入即可以實現(xiàn)更加復(fù)雜的測試功能。本實用新型的優(yōu)點是功能全面、采集速度快、精度高、性能穩(wěn)定、能顯著提高機(jī)組 運行效率和安全性。

圖1為本實用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為視頻角度控制及視頻數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸流程示意圖；圖3為故障診斷算法原理示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本實用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以下實施例是對本實用新型 的解釋而本實用新型并不局限于以下實施例。實施例1 如圖1所示，本實施例由數(shù)據(jù)處理單元1、數(shù)據(jù)采集模塊2、脈沖計數(shù)模 塊3、總線接口 4、射頻設(shè)備5、音頻交互模塊6、信號調(diào)理單元7、視頻采集模塊8、視頻角度 控制器9、溫度控制器10、煙霧報警裝置11、射頻識別模塊12、電源模塊13、狀態(tài)指示模塊 14、存儲器15、網(wǎng)絡(luò)接口 16、上位機(jī)17、紅外攝像機(jī)18、音頻設(shè)備19、位移傳感器20、振動傳 感器21、熱敏電阻22、轉(zhuǎn)速傳感器23組成。風(fēng)電機(jī)組安全監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的核心和主體是數(shù)據(jù)處理單元1，數(shù)據(jù)采集模 塊2、視頻采集模塊8、音頻交互模塊6、脈沖計數(shù)模塊3及視頻角度控制器9、射頻識別模塊 12、煙霧報警裝置11、溫度控制器10通過總線接口 4與數(shù)據(jù)處理單元1通信；存儲器15通 過IDE接口與數(shù)據(jù)處理單元1連接。狀態(tài)指示模塊14安裝在裝置前面板上，通過總線接 口 4與數(shù)據(jù)處理單元1相連。電源模塊13與數(shù)據(jù)處理單元1相連并為整個系統(tǒng)供電。振 動傳感器21和位移傳感器20與信號調(diào)理單元7相連，信號調(diào)理單元7又與數(shù)據(jù)采集模塊 2連接。紅外攝像機(jī)18分別與視頻采集模塊8和視頻角度控制器9相連。音頻設(shè)備19與 音頻交互模塊6相連。轉(zhuǎn)速傳感器23和脈沖計數(shù)模塊3相連。熱敏電阻22與溫度控制器 10相連，分別安裝于主軸輸入端軸承、齒輪箱、齒輪箱輸出軸承、發(fā)電機(jī)輸入、輸出軸承等， 以監(jiān)測設(shè)備運行溫度情況。射頻識別模塊12通過總線接口 4與數(shù)據(jù)處理單元1相連，射頻 設(shè)備5與射頻識別模塊12相連。風(fēng)電機(jī)組齒輪箱位移及振動信號的采集由由多只振動傳感器21及位移傳感器20 實現(xiàn)，振動傳感器21和位移傳感器20與可擴(kuò)展信號調(diào)理單元7連接，實現(xiàn)振動及位移數(shù)據(jù) 采集功能，所采集的振動部位為風(fēng)電機(jī)組故障率較高部位，具有普遍性。振動傳感器21頻率范圍為0. IHz 30kHz，監(jiān)測加速度范圍為IOg 200g，工作溫度為-40°C 120°C，由觸 變性快速定位膠固定，各傳感器分布在齒輪箱和發(fā)電機(jī)故障率較高部位。位移傳感器20固 定于風(fēng)機(jī)齒輪箱輸出軸處的剎車盤，與剎車盤距離保持在8mm內(nèi)；紅外攝像機(jī)18分別與視頻采集模塊8和視頻角度控制器9相連，構(gòu)成了安全監(jiān)測 功能之一視頻監(jiān)控。如圖2所示，紅外攝像機(jī)18的視頻角度控制系統(tǒng)由控制攝像頭角度的步進(jìn)電機(jī)、 高速數(shù)據(jù)處理單元、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸及控制算法組成。上位機(jī)17可以通過網(wǎng)絡(luò)向風(fēng)電機(jī)組安 全監(jiān)測及故障診斷裝置發(fā)送指令，精確調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向以實現(xiàn)對紅外攝像機(jī)18的角 度控制。所述的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸流程如圖2中，紅外攝像機(jī)18采集視頻圖像，經(jīng)過光學(xué)校正可 以實現(xiàn)視頻本地播放，同時采集到的視頻圖像經(jīng)過視頻數(shù)據(jù)壓縮通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸并 存儲；存儲后的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)解壓、光學(xué)校正后實現(xiàn)視頻遠(yuǎn)程播放即遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。其中， 光學(xué)校正、數(shù)據(jù)壓縮、網(wǎng)絡(luò)發(fā)送、視頻本地播放功能在高速數(shù)據(jù)處理單元實現(xiàn)；網(wǎng)絡(luò)接收、視 頻解壓、校正、視頻存儲及視頻遠(yuǎn)程播放在遠(yuǎn)程計算機(jī)實現(xiàn)。射頻識別模塊12使風(fēng)電機(jī)組具備登機(jī)管理功能，登機(jī)管理數(shù)據(jù)庫可以同風(fēng)電場 運營管理信息系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)庫，風(fēng)場工作人員編號、登機(jī)時間、登機(jī)機(jī)組編號都會實時顯示 并存儲于上位機(jī)17的數(shù)據(jù)庫，方便查詢，可以對風(fēng)場工作人員進(jìn)行有效、科學(xué)的管理，提高 風(fēng)電場辦公管理水平。如圖3所示故障診斷算法原理示意圖，振動傳感器21采集振動信號，位移傳感器 20采集位移信號，經(jīng)過調(diào)理、低通濾波并進(jìn)行FFT、功率譜、頻域、時域和其他特殊分析后， 進(jìn)行單回路診斷分析，即對每一個振動數(shù)據(jù)采集通道分別進(jìn)行分析。由于故障與特征之間 不是一一對應(yīng)的關(guān)系，不同的故障特征是相互交叉的，因此需要進(jìn)行故障的特征的交叉診 斷分析。交叉診斷分析采用的是基于規(guī)則的產(chǎn)生式系統(tǒng)，主要由單回路診斷結(jié)果、診斷規(guī)則 和診斷數(shù)據(jù)庫組成。診斷規(guī)則是需要選擇采用的某種診斷規(guī)則，診斷數(shù)據(jù)庫中包含求解問 題的世界范圍內(nèi)的故障事實。通過采用正向鏈的策略，尋找出前提可以同診斷數(shù)據(jù)庫中的 事實相匹配的那些規(guī)則，并運用沖突的消除策略，從這些都可滿足的規(guī)則中挑選出一個執(zhí) 行，從而改變原來診斷數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容。這樣反復(fù)地進(jìn)行尋找，直到診斷數(shù)據(jù)庫的事實與目標(biāo) 一致即找到解答，或者到?jīng)]有規(guī)則可以與之匹配時才停止。通過理清各個故障之間的關(guān)系 及各個故障在振動中所占的相對量值保證診斷結(jié)果的正確率。診斷軟件界面包含的功能 有振動幅值、實時顯示各測點時域、頻域波形、振動趨勢分析、歷史數(shù)據(jù)查詢、關(guān)鍵部位溫 度、特征參數(shù)越限報警、故障報警、維修意見、報表打印等。故障振動信息與轉(zhuǎn)速存在某種對應(yīng)關(guān)系，所以故障診斷算法需要測量風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn) 速信號，分別在前端主軸和發(fā)電機(jī)輸入端安裝轉(zhuǎn)速傳感器23 —只，以尋找齒輪箱及發(fā)電機(jī) 振動與各自轉(zhuǎn)速之間的對應(yīng)聯(lián)系。此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其零、部件的形狀、所取名 稱等可以不同。凡依本實用新型專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效或簡單變化， 均包括于本實用新型專利的保護(hù)范圍內(nèi)。本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描 述的具體實施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離本實用新型 的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種多功能風(fēng)電機(jī)組安全監(jiān)測及故障診斷裝置，其特征是包括數(shù)據(jù)處理單元，所述的數(shù)據(jù)處理單元直接與電源模塊、狀態(tài)指示模塊、存儲器相連，所述的數(shù)據(jù)處理單元通過總線接口分別與溫度控制單元、脈沖計數(shù)單元、煙霧報警裝置、數(shù)據(jù)采集單元相連，所述的數(shù)據(jù)處理單元通過網(wǎng)絡(luò)接口與上位機(jī)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能風(fēng)電機(jī)組安全監(jiān)測及故障診斷裝置，其特征是所述 的數(shù)據(jù)處理單元還通過總線接口與射頻識別模塊相連，射頻識別模塊與射頻設(shè)備相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能風(fēng)電機(jī)組安全監(jiān)測及故障診斷裝置，其特征是所述 的數(shù)據(jù)處理單元還通過總線接口與視頻采集模塊、視頻角度控制器相連，視頻采集模塊、視 頻角度控制器分別與攝像機(jī)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能風(fēng)電機(jī)組安全監(jiān)測及故障診斷裝置，其特征是所述 的數(shù)據(jù)處理單元還與音頻交互模塊相連，音頻交互模塊與音頻設(shè)備相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能風(fēng)電機(jī)組安全監(jiān)測及故障診斷裝置，其特征是所述 的脈沖計數(shù)單元由相互連接的脈沖計數(shù)模塊和轉(zhuǎn)速傳感器組成，脈沖計數(shù)模塊通過總線接 口與數(shù)據(jù)處理單元相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能風(fēng)電機(jī)組安全監(jiān)測及故障診斷裝置，其特征是所述 的數(shù)據(jù)采集單元由數(shù)據(jù)采集模塊、信號調(diào)理單元、位移傳感器和振動傳感器組成，數(shù)據(jù)采集 模塊通過總線接口與數(shù)據(jù)處理單元相連，信號調(diào)理單元與數(shù)據(jù)采集模塊相連，位移傳感器 和振動傳感器分別與信號調(diào)理單元相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能風(fēng)電機(jī)組安全監(jiān)測及故障診斷裝置，其特征是所述 的溫度控制單元由相互連接的溫度控制器和熱敏電阻組成，溫度控制器通過總線接口與數(shù) 據(jù)處理單元相連。
專利摘要本實用新型涉及一種多功能風(fēng)電機(jī)組安全監(jiān)測及故障診斷裝置，屬于電氣自動化測試控制技術(shù)領(lǐng)域。該多功能風(fēng)電機(jī)組安全監(jiān)測及故障診斷裝置，其結(jié)構(gòu)特點是包括數(shù)據(jù)處理單元，所述的數(shù)據(jù)處理單元直接與電源模塊、狀態(tài)指示模塊、存儲器相連，所述的數(shù)據(jù)處理單元通過總線接口分別與溫度控制單元、脈沖計數(shù)單元、煙霧報警裝置、數(shù)據(jù)采集單元相連，所述的數(shù)據(jù)處理單元通過網(wǎng)絡(luò)接口與上位機(jī)相連。
文檔編號F03D7/00GK201714570SQ201020171289
公開日2011年1月19日 申請日期2010年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月26日
發(fā)明者劉曉光, 唐建中, 范煒, 鐘天宇 申請人:華電電力科學(xué)研究院