風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)的風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)，包括有設(shè)置于風(fēng)電塔筒內(nèi)的紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)，紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)由多個(gè)紅外非接觸溫度采集板依次連接組成，多個(gè)紅外非接觸溫度采集板分別設(shè)置于每節(jié)塔筒內(nèi)母線(xiàn)的連接段上，紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)通過(guò)電源線(xiàn)與電源系統(tǒng)連接，紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)還與數(shù)據(jù)匯總及故障顯示系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)匯總及故障顯示系統(tǒng)通過(guò)光纖與監(jiān)控中心的后臺(tái)系統(tǒng)連接。本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了母線(xiàn)槽升溫中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)，提高了風(fēng)力發(fā)電和運(yùn)行的穩(wěn)定性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電容易受大氣候、微地形及微氣象條件的影響，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電設(shè)備事故頻繁發(fā)生，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。母線(xiàn)槽較原用的風(fēng)電專(zhuān)用電纜在施工、費(fèi)用、載流能力、散熱性能存在巨大的優(yōu)勢(shì)，因此如今已基本上完全采用母線(xiàn)槽代替電纜。
[0003]目前，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電母線(xiàn)槽主要存在以下兩個(gè)隱患:其一、溫差及濕度大的地區(qū)水汽容易在母排表面和絕緣薄膜周?chē)纬赡?，絕緣受潮并造成絕緣劣化；其二、塔筒在運(yùn)行過(guò)程中是劇烈晃動(dòng)的，這將不可避免造成密集型母線(xiàn)、母排之間的磨擦，日積月累造成絕緣薄膜磨損并發(fā)生擊穿現(xiàn)象釀成重大事故。因此，開(kāi)發(fā)出一種風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)顯得尤為重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了母線(xiàn)槽升溫中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)，提高了風(fēng)力發(fā)電和運(yùn)行的穩(wěn)定性。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)，包括有設(shè)置于風(fēng)電塔筒內(nèi)的紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)，紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)由多個(gè)紅外非接觸溫度采集板依次連接組成，多個(gè)紅外非接觸溫度采集板分別設(shè)置于每節(jié)塔筒內(nèi)母線(xiàn)的連接段上，紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)通過(guò)電源線(xiàn)與電源系統(tǒng)連接，紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)還與數(shù)據(jù)匯總及故障顯示系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)匯總及故障顯示系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心的后臺(tái)系統(tǒng)連接。
[0006]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于:
[0007]紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)通過(guò)RS485總線(xiàn)或Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)匯總及故障顯示系統(tǒng)連接。
[0008]多個(gè)紅外非接觸溫度采集板之間采用RS485總線(xiàn)連接或Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。
[0009]紅外非接觸溫度采集板，包括有第一微控制器單元，第一微控制器單元分別與實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、Zigbee模塊、故障指示燈及信號(hào)獲取及電壓放大電路連接；信號(hào)獲取及電壓放大電路通過(guò)屏蔽線(xiàn)與紅外測(cè)溫探頭連接。
[0010]第一微控制器單元為MSP430單片機(jī)。
[0011 ] 數(shù)據(jù)匯總及故障顯示系統(tǒng)，包括有第二微控制器單元，第二微控制器單元通過(guò)SPI通信總線(xiàn)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊連接，第二微控制器單元分別通過(guò)RS232總線(xiàn)與顯示及報(bào)警模塊、Zigbee模塊接口及遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)連接，遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)與后臺(tái)系統(tǒng)連接。
[0012]第二微控制器單元通過(guò)一個(gè)I/O 口與看門(mén)狗電路相連。
[0013]第二微控制器單元為MSP430單片機(jī)。
[0014]數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊為FLASH閃存器，其內(nèi)部的存儲(chǔ)器芯片型號(hào)為AT29C040。
[0015]顯示及報(bào)警模塊包括有LCD液晶顯示屏和蜂鳴器；信號(hào)獲取及電壓放大電路包括有信號(hào)調(diào)理電路、通道控制電路及A/D轉(zhuǎn)換電路；遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)為串口服務(wù)器、光纖交換機(jī)或無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)DTU。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:
[0017]1.本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)內(nèi)的紅外非接觸溫度采集板采用獨(dú)特設(shè)計(jì)，可實(shí)時(shí)采集母線(xiàn)槽溫度變化信息，監(jiān)控中心可遠(yuǎn)程對(duì)紅外非接觸溫度采集板的采用時(shí)間間隔、紅外熱傳感器基準(zhǔn)等運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。
[0018]2.本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)可通過(guò)提前安裝在母線(xiàn)相接處的紅外測(cè)溫探頭采集其溫度，根據(jù)熱學(xué)分析判斷出問(wèn)題的具體部位從而提醒工作人員，在母線(xiàn)排溫升過(guò)大前期給出預(yù)報(bào)警信息，及時(shí)采取措施來(lái)提高風(fēng)力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。
[0019]3.為了保證本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)在大電流環(huán)境下測(cè)得溫度準(zhǔn)確性，不僅采取硬件抗干擾措施，同時(shí)采取軟件抗干擾措施；在硬件設(shè)計(jì)上，實(shí)現(xiàn)整機(jī)高屏蔽及高密封設(shè)計(jì)，具有良好的耐高溫及耐腐蝕性能，并采用看門(mén)狗電路、等電位接地等方法，以增強(qiáng)其抗干擾性能并有效防止了系統(tǒng)的死機(jī)；軟件采取了陷阱技術(shù)、冗余設(shè)計(jì)、濾波技術(shù)和故障自動(dòng)恢復(fù)技術(shù)等措施。
[0020]4.本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)將溫度采集節(jié)點(diǎn)采集到的故障數(shù)據(jù)先存入FLASH存儲(chǔ)器中，并通過(guò)串口服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)給后臺(tái)系統(tǒng)(光纖交換機(jī)或無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)DTU)，再由其傳送至后臺(tái)，因此可以對(duì)一段時(shí)期內(nèi)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析和保存，并建立該風(fēng)力發(fā)電母線(xiàn)槽溫度信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)內(nèi)紅外非接觸溫度采集板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)匯總及故障顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中，1.紅外非接觸溫度采集板，2.電源系統(tǒng)，3.數(shù)據(jù)匯總及故障顯示系統(tǒng)，
4.第一微控制器單兀，5.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊,6.Zigbee模塊,7.顯不及報(bào)警模塊,8.實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊，9.紅外測(cè)溫探頭，10.信號(hào)獲取及電壓放大電路，11.遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)，12.后臺(tái)系統(tǒng)，
13.Zigbee模塊接口，14.故障指示燈，15.第二微控制器單元。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0026]由于風(fēng)的作用，風(fēng)電塔筒會(huì)發(fā)生擺動(dòng)(最大偏離可達(dá)2米)；長(zhǎng)時(shí)間就會(huì)導(dǎo)致固定螺絲松動(dòng)，導(dǎo)致連接處的接觸電阻增大，電能損耗增加，更甚者會(huì)使母排發(fā)生相互摩擦，使絕緣材料粉末化，最終會(huì)因絕緣層擊穿而燒毀。本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)利用提前安裝在母線(xiàn)相接處的紅外非接觸溫度采集板采集其溫度，根據(jù)熱學(xué)分析判斷出問(wèn)題的具體部位從而提醒工作人員，在母線(xiàn)排溫升過(guò)大前期給出預(yù)報(bào)警信息，及時(shí)采取措施來(lái)提高風(fēng)力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。
[0027]本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括有設(shè)置于風(fēng)電塔筒內(nèi)的紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)，紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)由多個(gè)紅外非接觸溫度采集板I依次連接組成，多個(gè)紅外非接觸溫度采集板I分別設(shè)置于每節(jié)塔筒內(nèi)母線(xiàn)的連接段上，紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)通過(guò)電源線(xiàn)與電源系統(tǒng)2連接，紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)還與數(shù)據(jù)匯總及故障顯示系統(tǒng)3連接，數(shù)據(jù)匯總及故障顯示系統(tǒng)3通過(guò)遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心的后臺(tái)系統(tǒng)12連接。
[0028]多個(gè)紅外非接觸溫度采集板I之間采用RS485總線(xiàn)連接或Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。
[0029]紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)通過(guò)RS485總線(xiàn)或Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)匯總及故障顯示系統(tǒng)3連接。
[0030]紅外非接觸溫度采集板1，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括有第一微控制器單元4，第一微控制器單元4分別與實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊8、Zigbee模塊6、故障指示燈14及信號(hào)獲取及電壓放大電路10連接；信號(hào)獲取及電壓放大電路10通過(guò)屏蔽線(xiàn)與紅外測(cè)溫探頭9連接；信號(hào)獲取及電壓放大電路10與紅外測(cè)溫探頭9構(gòu)成溫度采集模塊。
[0031]數(shù)據(jù)匯總及故障顯示系統(tǒng)3，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括有第二微控制器單元15，第二微控制器單元15通過(guò)SPI通信總線(xiàn)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊5連接，第二微控制器單元15分別通過(guò)RS232總線(xiàn)與顯示及報(bào)警模塊7、Zigbee模塊接口 13及遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)11連接，遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)11與后臺(tái)系統(tǒng)12連接。
[0032]第二微控制器單元15通過(guò)一個(gè)I/O 口與看門(mén)狗電路相連。
[0033]第一微控制器單元4和第二微控制器單元15均為MSP430單片機(jī)。
[0034]數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊5為FLASH閃存器，其內(nèi)的存儲(chǔ)器芯片型號(hào)為AT29C040。
[0035]顯示及報(bào)警模塊7包括有IXD液晶顯示屏和蜂鳴器。
[0036]信號(hào)獲取及電壓放大電路10包括有信號(hào)調(diào)理電路、通道控制電路及A/D轉(zhuǎn)換電路，該A/D轉(zhuǎn)換電路為16位A/D轉(zhuǎn)換器。
[0037]遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)11為串口服務(wù)器、光纖交換機(jī)或無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)DTU。
[0038]風(fēng)電塔筒由許多節(jié)組成，每節(jié)塔筒內(nèi)都有母線(xiàn)排，就是包含A、B、C三相和一根零線(xiàn)，紅外非接觸溫度采集板I就安裝在每節(jié)母線(xiàn)的連接段上，因?yàn)橹挥袃晒?jié)母線(xiàn)排連接的地方才可能出現(xiàn)溫差特別大的情況。
[0039]本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)中心內(nèi)設(shè)置的后臺(tái)系統(tǒng)12、數(shù)據(jù)匯總及故障顯示系統(tǒng)3、電源系統(tǒng)2以及紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)組成。如圖2所示，紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)由若干個(gè)紅外測(cè)溫探頭9 (紅外測(cè)溫探頭9相當(dāng)于溫度采集節(jié)點(diǎn))構(gòu)成，紅外測(cè)溫探頭9能定時(shí)/實(shí)時(shí)完成相應(yīng)母線(xiàn)槽溫度變化信息的采集；紅外非接觸溫度采集板I上的紅外測(cè)溫探頭9將母線(xiàn)槽實(shí)時(shí)溫度信號(hào)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理電路放大后再進(jìn)入16位A/D轉(zhuǎn)換器，并由微控制器單元4分析母線(xiàn)排溫度變化并作出相應(yīng)判斷及顯示具體故障部分，紅外非接觸溫度采集板I 一方面及時(shí)將初步處理的故障數(shù)據(jù)通過(guò)RS485有線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)/ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸給數(shù)據(jù)匯總及故障顯示系統(tǒng)3進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。監(jiān)控中心可對(duì)紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置(如采樣時(shí)間間隔、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)請(qǐng)求等)。
[0040]如圖3所示，數(shù)據(jù)匯總及故障顯示系統(tǒng)通過(guò)RS485有線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)/ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。其主要功能:一方面當(dāng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障數(shù)據(jù)無(wú)法傳回監(jiān)控中心時(shí)將故障數(shù)據(jù)存于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊5中，待其正常后再將數(shù)據(jù)補(bǔ)傳回監(jiān)控中心；另一方面通過(guò)IXD液晶顯示屏和蜂鳴器實(shí)行故障現(xiàn)場(chǎng)提醒。數(shù)據(jù)匯總及故障顯示系統(tǒng)3還可以根據(jù)監(jiān)控中心發(fā)送的控制信號(hào)對(duì)紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、修改采樣時(shí)間等操作。
[0041]本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)中各部分的作用如下:
[0042](I)微控制器單元4選用TI公司的MSP430單片機(jī)；MSP430單片機(jī)內(nèi)部具有32K的FLASH存儲(chǔ)器，功耗較低，適合程序量較大的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)；本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)內(nèi)采用MSP430單片機(jī)，無(wú)需擴(kuò)展存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)液晶顯示畫(huà)面，降低了硬件復(fù)雜度和系統(tǒng)功耗，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。
[0043](2)實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊8內(nèi)的實(shí)時(shí)鐘芯片選用DALLAS公司的DS1302，DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V?5.5V。采用三線(xiàn)接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。
[0044](3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊5內(nèi)的存儲(chǔ)器芯片選用Atmel公司于1998年推出了新一代大容量快閃存儲(chǔ)器AT29C040，它采用了 Fowler-Nordheim隧道效應(yīng)技術(shù)，使編程電流比第一代閃存降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)；該存儲(chǔ)器芯片只需要+5V電源并支持分頁(yè)編程；此外，還具有硬件數(shù)據(jù)保護(hù)、軟件數(shù)據(jù)保護(hù)、數(shù)據(jù)查詢(xún)和自舉模塊等其他功能。AT29C040的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于SRAM，它有8條數(shù)據(jù)線(xiàn)(DO?D7)、19條地址線(xiàn)(AO?A18)、3條控制線(xiàn)(/0E, /CE、/WE)以及電源、地線(xiàn)共32個(gè)引腳，由于它有19條地址線(xiàn)，所以中心控制器要擴(kuò)展地址端口，通過(guò)I/O擴(kuò)展芯片擴(kuò)展3條地址線(xiàn)，和控制器本身的16條地址線(xiàn)合成了訪(fǎng)問(wèn)AT29C40的地址。
[0045](4)看門(mén)狗電路中的看門(mén)狗芯片采用MAXM公司的MAX813 ；MAX813是用于微處理器系統(tǒng)的電源監(jiān)視和控制電路；可為CPU提供復(fù)位信號(hào)、看門(mén)狗監(jiān)視、備用電池自動(dòng)切換及電源失效監(jiān)視；除上、掉電條件下為微處理器提供復(fù)位外，這些器件還具有備用電池切換功能，以確保在掉電情況下，向不允許斷電的器件維持供電；MAX813為微控制器單元4提供復(fù)位信號(hào)，同時(shí)監(jiān)控微控制器單元4的程序運(yùn)行情況，它通過(guò)兩根引線(xiàn)和微控制器單元4連接，RST腳提供微控制器單元4的復(fù)位信號(hào)，WD提供看門(mén)狗定時(shí)器的復(fù)位信號(hào)，在1.6s中沒(méi)有門(mén)狗定時(shí)器復(fù)位信號(hào)到來(lái)，它就復(fù)位微控制器單元4，這樣就防止死機(jī)或程序跑飛。
[0046](5)信號(hào)獲取及電壓放大電路10包括有信號(hào)調(diào)理電路、通道控制電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，下面分別具體介紹:
[0047]a)信號(hào)調(diào)理電路:
[0048]為了適應(yīng)紅外測(cè)溫探頭9工作環(huán)境的特殊要求，信號(hào)調(diào)理電路必須采用低失調(diào)電壓和低溫漂的運(yùn)算放大器和高精度電阻來(lái)完成設(shè)計(jì)。整個(gè)電路分為兩部分，一路是將熱電堆輸出電壓信號(hào)進(jìn)行調(diào)理放大，另一路是熱電阻的阻值變化轉(zhuǎn)化為電壓變化，兩路電壓信號(hào)最終都通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換通道送往A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行處理。
[0049]在目標(biāo)溫度為100°C時(shí)，紅外熱電堆輸出電壓信號(hào)最大輸出值大約為3.69mV。紅外測(cè)溫探頭A/D轉(zhuǎn)換模塊的參考電壓為3.3V，為了提高測(cè)量精度，對(duì)紅外熱電堆輸出信號(hào)進(jìn)行放大約2000倍后再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。另外，當(dāng)環(huán)境溫度略高于目標(biāo)溫度或運(yùn)放具有負(fù)的失調(diào)電壓時(shí)，調(diào)理電路輸出零電壓，此時(shí)無(wú)法獲得紅外輻射能量信號(hào)，因此系統(tǒng)為調(diào)理電路提供了 1.2V的基準(zhǔn)電壓，采用運(yùn)算放大器將基準(zhǔn)電壓和熱電堆輸出電壓進(jìn)行疊加，從而使整個(gè)熱電堆的電壓變化都能通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)入微控制器單元4進(jìn)行處理。
[0050]b)通道控制電路:
[0051]考慮系統(tǒng)監(jiān)測(cè)量多且信號(hào)前期處理電路差異很多，因此采用通道控制電路用來(lái)控制進(jìn)入AD采樣的信號(hào)通道；它由74HC154、74HC07和低功耗繼電器組構(gòu)成。采樣信號(hào)共有12路，故要采用4-16譯碼器來(lái)分別選通12路信號(hào)。繼電器的驅(qū)動(dòng)采用驅(qū)動(dòng)芯片74HC07，它是集電極開(kāi)路結(jié)構(gòu)，可以提供高達(dá)30MA的電流。繼電器采用TTI公司的低功耗繼電器，驅(qū)動(dòng)電流只需要10MA。控制器通過(guò)I/O擴(kuò)展口鎖存要開(kāi)啟的通道信號(hào)，經(jīng)74HC154譯碼后，經(jīng)74HC07驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，選通所要的電流信號(hào)。
[0052]c)A/D轉(zhuǎn)換電路:
[0053]為了保證系統(tǒng)采樣精度，系統(tǒng)A/D芯片選用TI公司的高精度轉(zhuǎn)換器ADS7805，ADS7805具有較高的性?xún)r(jià)比，最高的轉(zhuǎn)換頻率可達(dá)ΙΟΟΚΗζ，在儀器儀表中得到廣泛的應(yīng)用。ADS7805芯片內(nèi)部含有采樣保持、電壓基準(zhǔn)和時(shí)鐘等電路，極大簡(jiǎn)化用戶(hù)的電路設(shè)計(jì)，同時(shí)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。ADS7805采用CMOS工藝制造，功耗低(最大功耗為10mW)，單通道輸入，模擬輸入電壓的范圍為±10V，采用逐次逼近式工作原理，轉(zhuǎn)換結(jié)果由16位數(shù)據(jù)線(xiàn)并行輸出，16位數(shù)據(jù)可以通過(guò)一個(gè)8位端口分兩次讀出，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和讀取上次轉(zhuǎn)換的結(jié)果可以同時(shí)進(jìn)行。ADS7805與中心處理器的接口非常簡(jiǎn)單，占一個(gè)端口地址，同時(shí)為了設(shè)計(jì)方便，采用8位的數(shù)據(jù)寬度，這樣需要提供一個(gè)控制線(xiàn)(連結(jié)BYTE引腳)來(lái)控制讀取數(shù)據(jù)的高低位。
[0054](6)紅外測(cè)溫探頭9采用otp-538u熱電堆傳感器，具有116種熱電偶元素，傳感器芯片經(jīng)由微細(xì)加工，可快速反應(yīng)環(huán)境里的溫度改變，導(dǎo)致輸出端電壓響應(yīng)。針對(duì)紅外測(cè)溫探頭9處于強(qiáng)電磁干擾環(huán)境的特點(diǎn)，紅外測(cè)溫探頭9的外殼采用了鐵質(zhì)外殼，并與母排直線(xiàn)單元外殼連接。
[0055](7)紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成溫度數(shù)據(jù)的采集和傳輸(紅外非接觸溫度數(shù)據(jù)采集板I安裝在一個(gè)絕緣殼內(nèi)并將其固定在每個(gè)直線(xiàn)連接單元的外殼上(其中4個(gè)孔代表紅外探頭安裝的位置其必須對(duì)準(zhǔn)連接單元的每相母線(xiàn)連接處)，并在絕緣殼上安裝故障指示燈14用來(lái)方便維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)故障具體位置)。根據(jù)直線(xiàn)連接單元數(shù)量的不同選擇采用相應(yīng)數(shù)量的紅外非接觸溫度采集板I的數(shù)量。
[0056](8)RS485有線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)/ZigBee無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò):
[0057]根據(jù)風(fēng)電塔筒內(nèi)的具體環(huán)境，本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸分為RS458有線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)和ZigBee無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)兩種方式；對(duì)于走有線(xiàn)方式比較困難時(shí)采用ZigBee無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)方式。
[0058]采用ZigBee無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)方式時(shí)，風(fēng)電塔筒內(nèi)溫度采集模塊采集的數(shù)據(jù)傳輸采用無(wú)線(xiàn)方式，考慮到對(duì)功耗的要求，這里采用工作頻段為2.4G的ZigBee?？紤]到風(fēng)電塔筒里環(huán)境比較復(fù)雜，整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)采用MESH網(wǎng)絡(luò)。
[0059]在傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)中，每個(gè)客戶(hù)端均通過(guò)一條與AP(Access Point)相連的無(wú)線(xiàn)鏈路來(lái)訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，形成一個(gè)局部的BSS(Basic Service Set);用戶(hù)如果要進(jìn)行相互通信的話(huà)，必須首先訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)固定的接入點(diǎn)(AP)，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為單跳網(wǎng)絡(luò)。而在無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)中，任何無(wú)線(xiàn)設(shè)備節(jié)點(diǎn)都可以同時(shí)作為AP和路由器，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送和接收信號(hào)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以與一個(gè)或者多個(gè)對(duì)等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信。這種結(jié)構(gòu)的最大好處在于:如果最近的AP由于流量過(guò)大而導(dǎo)致?lián)砣脑?huà)，那么數(shù)據(jù)可以自動(dòng)重新路由到一個(gè)通信流量較小的鄰近節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸。依此類(lèi)推，數(shù)據(jù)包還可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的情況，繼續(xù)路由到與之最近的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸，直到到達(dá)最終目的地為止，這樣的訪(fǎng)問(wèn)方式就是多跳訪(fǎng)問(wèn)。
[0060](9)電源系統(tǒng)2利用風(fēng)電塔筒內(nèi)照明所用的AC220V，利用開(kāi)關(guān)電源將其轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需要的電平，考慮到紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)需要通過(guò)較長(zhǎng)的導(dǎo)線(xiàn)供電，因此紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換芯片需要選擇寬溫寬輸入電壓范圍的電源芯片。
[0061](10)數(shù)據(jù)匯總及故障顯示系統(tǒng):
[0062]硬件設(shè)計(jì):采用TI的MSP430超低功耗單片機(jī)，整個(gè)系統(tǒng)如圖3所示:系統(tǒng)由遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)11和ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口 13、微控制器單元4、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊5、IXD液晶顯示屏及蜂鳴器等組成。
[0063]軟件上在微控制器單元4布置熱分析算法實(shí)時(shí)接收紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)分析發(fā)生異常的具體位置進(jìn)而通過(guò)LCD液晶顯示屏和蜂鳴器完成故障位置提醒。
[0064]熱分析算法:利用UG三維軟件對(duì)連接單元進(jìn)行各個(gè)模型的建立，然后依據(jù)各自的連接關(guān)系，進(jìn)行整體模型的裝配；然后導(dǎo)入到ANSYS Workbench模塊中。首先進(jìn)行各個(gè)零件材料的設(shè)置，初始溫度、邊界條件的設(shè)定；然后，進(jìn)行模型的網(wǎng)格劃分，最后對(duì)連接單元的溫度場(chǎng)進(jìn)行分析。利用溫度傳感器進(jìn)行連接排溫度分布的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。
[0065](11)遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng):
[0066]遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳到監(jiān)控中心內(nèi)的后臺(tái)系統(tǒng)，其包活:串口服務(wù)器、光纖交換機(jī)或無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)DTU。其中串口服務(wù)器實(shí)現(xiàn)串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口 ；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)情況選擇使用光纖交換機(jī)和無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)DTU中的一種或是兩者兼容使用(組成通訊雙通道)，具體在公網(wǎng)信號(hào)較好時(shí)采用無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)DTU，在公網(wǎng)信號(hào)較差時(shí)采用光纖交換機(jī)
[0067](12)監(jiān)控中心內(nèi)的后臺(tái)系統(tǒng):
[0068]監(jiān)控中心內(nèi)的后臺(tái)系統(tǒng)，布置一臺(tái)服務(wù)器(如果采用光纖遠(yuǎn)程傳輸方式還需在監(jiān)控中心布置一臺(tái)光纖交換機(jī))，在服務(wù)上布置專(zhuān)家診斷軟件完成故障位置提醒(圖像、語(yǔ)音、短信等)，并建立該風(fēng)力發(fā)電母線(xiàn)槽溫度信息數(shù)據(jù)庫(kù)，便于對(duì)故障信息的統(tǒng)計(jì)分析。
[0069]本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)的工作過(guò)程如下:
[0070]首先，各個(gè)紅外非接觸溫度采集板I將采集到的母線(xiàn)槽實(shí)時(shí)溫度傳送到紅外非接觸溫度采集板上中心控制模塊4，中心控制模塊4 一方面進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)(由內(nèi)部的FLASH存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn))和分析；另一方面通過(guò)RS485/ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給匯總及故障顯示系統(tǒng)3其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示及報(bào)警(由顯示模塊7和蜂鳴器模塊實(shí)現(xiàn))；然后，數(shù)據(jù)匯總和故障顯示系統(tǒng)3將故障處理數(shù)據(jù)通過(guò)遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸給后臺(tái)系統(tǒng)12，由后臺(tái)系統(tǒng)12對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)和分析并建立數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0071]本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了母線(xiàn)槽升溫中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)，提高了風(fēng)力發(fā)電和運(yùn)行的穩(wěn)定性。
【權(quán)利要求】
1.風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)，其特征在于，包括有設(shè)置于風(fēng)電塔筒內(nèi)的紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)，所述紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)由多個(gè)紅外非接觸溫度采集板(I)依次連接組成，多個(gè)紅外非接觸溫度采集板(I)分別設(shè)置于每節(jié)塔筒內(nèi)母線(xiàn)的連接段上，所述紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)通過(guò)電源線(xiàn)與電源系統(tǒng)(2)連接，所述紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)還與數(shù)據(jù)匯總及故障顯示系統(tǒng)(3)連接，所述數(shù)據(jù)匯總及故障顯示系統(tǒng)(3)通過(guò)遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心的后臺(tái)系統(tǒng)(12)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外非接觸溫度采集系統(tǒng)通過(guò)RS485總線(xiàn)或Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)匯總及故障顯示系統(tǒng)⑶連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)紅外非接觸溫度采集板(I)之間采用RS485總線(xiàn)連接或Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外非接觸溫度采集板(I)，包括有第一微控制器單元(4)，所述第一微控制器單元(4)分別與實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊(8)、Zigbee模塊(6)、故障指示燈(14)及信號(hào)獲取及電壓放大電路(10)連接；所述信號(hào)獲取及電壓放大電路(10)通過(guò)屏蔽線(xiàn)與紅外測(cè)溫探頭(9)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)，其特征在于，所所述第一微控制器單元(4)為MSP430單片機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)匯總及故障顯示系統(tǒng)(3)，包括有第二微控制器單元(15)，所述第二微控制器單元(15)通過(guò)SPI通信總線(xiàn)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(5)連接，所述第二微控制器單元(15)分別通過(guò)RS232總線(xiàn)與顯示及報(bào)警模塊(7)、Zigbee模塊接口(13)及遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)(11)連接，所述遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)(11)與所述后臺(tái)系統(tǒng)(12)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述第二微控制器單元(15)通過(guò)一個(gè)I/O 口與看門(mén)狗電路相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述第二微控制器單元(15)為MSP430單片機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(5)為FLASH閃存器，其內(nèi)部的存儲(chǔ)器芯片型號(hào)為AT29C040。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用母線(xiàn)槽發(fā)熱故障在線(xiàn)診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示及報(bào)警模塊(7)包括有LCD液晶顯示屏和蜂鳴器； 所述信號(hào)獲取及電壓放大電路(10)包括有信號(hào)調(diào)理電路、通道控制電路及A/D轉(zhuǎn)換電路； 所述遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)(11)為串口服務(wù)器、光纖交換機(jī)或無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)DTU。
【文檔編號(hào)】G01J5/12GK104198050SQ201410389982
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】黃新波, 陳子良, 田毅, 趙偉強(qiáng), 廖明進(jìn) 申請(qǐng)人:西安工程大學(xué)