本實用新型涉及風機監(jiān)控領(lǐng)域，具體而言，涉及一種風機監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著對環(huán)保理念的加強，風力發(fā)電已經(jīng)得到了很快的發(fā)展，井噴式的裝機量使風力發(fā)電慢慢步入了風電運維的后市場。

現(xiàn)有的風電運維普遍采用傳統(tǒng)的思路：即定期檢測和事后維修相結(jié)合。監(jiān)控檢測設(shè)備在主體設(shè)計時集成或半集成在風機內(nèi)部，各設(shè)備之間相對獨立，安放位置與角度相對固定，提供的檢測可能性與時效性非常有限。一旦出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，需要人工實地驗證調(diào)試。

系統(tǒng)來講，現(xiàn)行主流風機檢測系統(tǒng)具有以下幾個主要缺陷：

1)監(jiān)測設(shè)備集成在風機主體內(nèi)部，增加了風機的設(shè)計成本與設(shè)計難度，同時降低了靈活性，系統(tǒng)更改和升級難度增大；

2)監(jiān)測設(shè)備與風機控制終端之間采用有線連接，不僅設(shè)計復雜且成本較高，在惡劣環(huán)境下故障率亦較高；

3)監(jiān)測設(shè)備的各個單元是相對獨立的，各個單元發(fā)送信號的模式各異、種類龐雜，維護檢修的難度極大；

4)現(xiàn)有的監(jiān)測設(shè)備實時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量亦非常龐大，沒有本地有效的預處理，增大了客戶端處理的難度與耗時、數(shù)據(jù)處理精度較低；

5)監(jiān)測設(shè)備中的各個單元均需單獨有線供電，增加了風機的設(shè)計與維護成本，同時對監(jiān)測的對象空間的選擇有很大的局限性，不能實現(xiàn)全方位監(jiān)測。

目前，市場上亦有部分監(jiān)測系統(tǒng)采用了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless sensor network)進行系統(tǒng)性布局對風機的運行情況進行監(jiān)測，替代傳統(tǒng)布線模式收集并打包發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)。但是，這些系統(tǒng)普遍不具備數(shù)據(jù)預處理能力，亦無遠程軟件算法更新升級的可能性。如果需要引入新的監(jiān)測模塊或者功能升級，仍需進行較大的系統(tǒng)級的硬件方案更改。同時，這些監(jiān)控系統(tǒng)普遍采用傳統(tǒng)的電池供電方案為傳感器提供能量，一旦需要更換電池或者檢修監(jiān)測終端，需要大量人工進行實地操作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的主要目的在于提供一種風機監(jiān)控系統(tǒng)，以至少解決現(xiàn)有技術(shù)中的風機監(jiān)測系統(tǒng)不具備數(shù)據(jù)預處理能力，導致用戶端數(shù)據(jù)接收和處理量大、處理結(jié)果精度較低的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實用新型，提供了一種風機監(jiān)控系統(tǒng)，包括：監(jiān)測裝置，設(shè)置在風機主體內(nèi)多個待監(jiān)測的相應部位，用于采集風機主體內(nèi)各個待監(jiān)測部位的相應的物理數(shù)據(jù)；通信控制單元，與監(jiān)測裝置連接，用于對監(jiān)測裝置采集的物理數(shù)據(jù)進行相應的預處理；本地云處理單元，與通信控制單元連接，用于對通信控制單元的部分預處理結(jié)果作進一步處理并產(chǎn)生相應的操作指令通過通信控制單元返回至監(jiān)測裝置，以及將通信控制單元的另一部分預處理結(jié)果發(fā)送至用戶控制終端；用戶控制終端，與本地云處理單元連接，用于對本地云處理單元發(fā)送的預處理結(jié)果作進一步處理，以及根據(jù)監(jiān)測需求通過本地云處理單元向監(jiān)測裝置發(fā)送相應的監(jiān)測控制指令。

進一步地，風機監(jiān)控系統(tǒng)還包括：用戶端云處理單元，與用戶控制終端和本地云處理單元連接，用于將本地云處理單元發(fā)送的預處理結(jié)果進行緩存后發(fā)送給用戶控制終端，以及將用戶控制終端發(fā)送的監(jiān)測控制指令進行緩存后發(fā)送給本地云處理單元。

進一步地，風機監(jiān)控系統(tǒng)還包括：本地通信控制中心，設(shè)置在風機主體上，與本地云處理單元和用戶端云處理單元連接，用于將本地云處理單元發(fā)送的預處理結(jié)果進行打包后發(fā)送給用戶端云處理單元，以及將用戶端云處理單元緩存的監(jiān)測控制指令進行打包后發(fā)送至本地云處理單元。

進一步地，監(jiān)測裝置包括以下至少之一：風機葉片區(qū)域監(jiān)測設(shè)備、風機傳動鏈區(qū)域監(jiān)測設(shè)備、風機機艙/液壓系統(tǒng)區(qū)域設(shè)備、風機塔筒基座區(qū)域監(jiān)測設(shè)備。

進一步地，風機葉片區(qū)域監(jiān)測設(shè)備包括以下至少之一：變槳軸承傳感器、應變/受力傳感器、葉片結(jié)冰傳感器、損傷裂縫傳感器、螺栓連接傳感器以及葉片區(qū)域攝像頭。

進一步地，風機傳動鏈區(qū)域監(jiān)測設(shè)備包括以下至少之一：銹蝕檢測傳感器、齒輪轉(zhuǎn)速傳感器、滲漏檢測傳感器、震動傳感器、螺栓連接傳感器以及傳動鏈區(qū)域攝像頭。

進一步地，風機機艙/液壓系統(tǒng)區(qū)域設(shè)備包括以下至少之一：銹蝕傳感器、多點亮度傳感器、溫濕度傳感器、損傷裂縫傳感器、螺栓連接傳感器以及機艙/液壓系統(tǒng)區(qū)域。

進一步地，風機塔筒基座區(qū)域監(jiān)測設(shè)備包括以下至少之一：銹蝕傳感器、螺栓連接傳感器、溫濕度傳感器、損傷裂縫傳感器、基座松動傳感器以及塔筒基座區(qū)域攝像頭。

進一步地，風機監(jiān)控系統(tǒng)還包括：震動能量收集單元，設(shè)置在風機主體內(nèi)并與監(jiān)測裝置以及通信控制單元連接，用于將風機工作過程中風機主體的震動能量轉(zhuǎn)換為電能并為監(jiān)測裝置以及通信控制單元供電。

進一步地，風機監(jiān)控系統(tǒng)還包括：可擴展通信終端，與通信控制單元連接。

應用本實用新型技術(shù)方案的風機監(jiān)控系統(tǒng)，通過設(shè)置監(jiān)測裝置、通信控制單元、本地云處理單元以及用戶控制終端：監(jiān)測裝置設(shè)置在風機主體內(nèi)多個待監(jiān)測的相應部位，用于采集風機主體內(nèi)各個待監(jiān)測部位的相應的物理數(shù)據(jù)；通信控制單元與監(jiān)測裝置連接，用于對監(jiān)測裝置采集的物理數(shù)據(jù)進行相應的預處理；本地云處理單元與通信控制單元連接，用于對通信控制單元的部分預處理結(jié)果作進一步處理并產(chǎn)生相應的操作指令通過通信控制單元返回至監(jiān)測裝置，以及將通信控制單元的另一部分預處理結(jié)果發(fā)送至用戶控制終端；用戶控制終端與本地云處理單元連接，用于對本地云處理單元發(fā)送的預處理結(jié)果作進一步處理，以及根據(jù)監(jiān)測需求通過本地云處理單元向各個監(jiān)測裝置發(fā)送相應的監(jiān)測控制指令。解決了現(xiàn)有技術(shù)中的風機監(jiān)測系統(tǒng)不具備數(shù)據(jù)預處理能力，導致用戶端數(shù)據(jù)接收和處理量大、處理結(jié)果精度較低的問題。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)本實用新型實施例可選的一種風機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是根據(jù)本實用新型實施例可選的第二種風機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是根據(jù)本實用新型實施例可選的第三種風機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖4是根據(jù)本實用新型實施例可選的第四種風機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖5是根據(jù)本實用新型實施例可選的第五種風機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖6是根據(jù)本實用新型實施例可選的第六種風機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實用新型方案，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分的實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本實用新型保護的范圍。

根據(jù)本實用新型實施例的風機監(jiān)控系統(tǒng)，如圖1所示，包括：監(jiān)測裝置10、通信控制單元20、本地云處理單元30以及用戶控制終端40，監(jiān)測裝置10設(shè)置在風機主體內(nèi)多個待監(jiān)測的相應部位，用于采集風機主體內(nèi)各個待監(jiān)測部位的相應的物理數(shù)據(jù)；通信控制單元20與監(jiān)測裝置10連接，用于對監(jiān)測裝置10采集的物理數(shù)據(jù)進行相應的預處理；本地云處理單元30與通信控制單元20連接，用于對通信控制單元20的部分預處理結(jié)果作進一步處理并產(chǎn)生相應的操作指令通過通信控制單元20返回至監(jiān)測裝置10，以及將通信控制單元20的另一部分預處理結(jié)果發(fā)送至用戶控制終端40；用戶控制終端40與本地云處理單元30連接，用于對本地云處理單元30發(fā)送的預處理結(jié)果作進一步處理，以及根據(jù)監(jiān)測需求通過本地云處理單元30向各個監(jiān)測裝置10發(fā)送相應的監(jiān)測控制指令。

應用本實用新型技術(shù)方案的風機監(jiān)控系統(tǒng)，通過設(shè)置監(jiān)測裝置10、通信控制單元20、本地云處理單元30以及用戶控制終端40：監(jiān)測裝置10設(shè)置在風機主體內(nèi)多個待監(jiān)測的相應部位，用于采集風機主體內(nèi)各個待監(jiān)測部位的相應的物理數(shù)據(jù)；通信控制單元20與監(jiān)測裝置10連接，用于對監(jiān)測裝置10采集的物理數(shù)據(jù)進行相應的預處理；本地云處理單元30與通信控制單元20連接，用于對通信控制單元20的部分預處理結(jié)果作進一步處理并產(chǎn)生相應的操作指令通過通信控制單元20返回至監(jiān)測裝置10，以及將通信控制單元20的另一部分預處理結(jié)果發(fā)送至用戶控制終端40；用戶控制終端40與本地云處理單元30連接，用于對本地云處理單元30發(fā)送的預處理結(jié)果作進一步處理，以及根據(jù)監(jiān)測需求通過本地云處理單元30向各個監(jiān)測裝置發(fā)送相應的監(jiān)測控制指令。解決了現(xiàn)有技術(shù)中的風機監(jiān)測系統(tǒng)不具備數(shù)據(jù)預處理能力，導致用戶端數(shù)據(jù)接收和處理量大、處理結(jié)果精度較低的問題。

為了能夠?qū)⒂脩艨刂平K端40與本地云處理單元30的之間的發(fā)送的數(shù)據(jù)進行緩存，可選地，如圖2所示，風機監(jiān)控系統(tǒng)還包括：用戶端云處理單元50，用戶端云處理單元50與用戶控制終端40和本地云處理單元30連接，用于將本地云處理單元30發(fā)送的預處理結(jié)果進行緩存后發(fā)送給用戶控制終端40，以及將用戶控制終端40發(fā)送的監(jiān)測控制指令進行緩存后發(fā)送給本地云處理單元30。

為了實現(xiàn)用戶控制終端40與本地云處理單元30之間的遠程通信，如圖3所示，風機監(jiān)控系統(tǒng)還包括：本地通信控制中心60，本地通信控制中心60設(shè)置在風機主體上，與本地云處理單元30和用戶端云處理單元50連接，用于將本地云處理單元30發(fā)送的預處理結(jié)果進行打包后發(fā)送給用戶端云處理單元50，以及將用戶端云處理單元50緩存的監(jiān)測控制指令進行打包后發(fā)送至本地云處理單元。

風機主體一般的故障部位主要包括四個區(qū)域，葉片區(qū)域、傳動鏈區(qū)域、機艙/液壓系統(tǒng)區(qū)域和塔筒基座區(qū)域，為了對風機主體的各個不同位置均能實現(xiàn)有效地監(jiān)測，可選地，如圖4所示，監(jiān)測裝置10包括以下至少之一：風機葉片區(qū)域監(jiān)測設(shè)備11、風機傳動鏈區(qū)域監(jiān)測設(shè)備12、風機機艙/液壓系統(tǒng)區(qū)域設(shè)備13、風機塔筒基座區(qū)域監(jiān)測設(shè)備14。

可選地，風機葉片區(qū)域監(jiān)測設(shè)備11包括以下至少之一：變槳軸承傳感器、應變/受力傳感器、葉片結(jié)冰傳感器、損傷裂縫傳感器、螺栓連接傳感器以及葉片區(qū)域攝像頭。

可選地，風機傳動鏈區(qū)域監(jiān)測設(shè)備12包括以下至少之一：銹蝕檢測傳感器、齒輪轉(zhuǎn)速傳感器、滲漏檢測傳感器、震動傳感器、螺栓連接傳感器以及傳動鏈區(qū)域攝像頭。

可選地，風機機艙/液壓系統(tǒng)區(qū)域設(shè)備13包括以下至少之一：銹蝕傳感器、多點亮度傳感器、溫濕度傳感器、損傷裂縫傳感器、螺栓連接傳感器以及機艙/液壓系統(tǒng)區(qū)域攝像頭。

可選地，風機塔筒基座區(qū)域監(jiān)測設(shè)備14包括以下至少之一：銹蝕傳感器、螺栓連接傳感器、溫濕度傳感器、損傷裂縫傳感器、基座松動傳感器以及塔筒基座區(qū)域攝像頭。

不同功能的傳感器終端布局于風機對應需求部位，由于傳感器終端的模塊化設(shè)計，分布的位置與方向沒有硬性要求。

為了能夠為風機主體內(nèi)的監(jiān)測裝置10和通信控制單元20進行供電，可選地，如圖5所示，風機監(jiān)控系統(tǒng)還包括：震動能量收集單元70，設(shè)置在風機主體內(nèi)并與監(jiān)測裝置10以及通信控制單元20連接，用于將風機工作過程中風機主體的震動能量轉(zhuǎn)換為電能并為監(jiān)測裝置10以及通信控制單元20供電。

為了使通信控制單元能夠與其他終端設(shè)備進行通信連接，可選地，如圖6所示，風機監(jiān)控系統(tǒng)還包括：可擴展通信終端80，與通信控制單元20連接。

為了向風機主體進行供電，還設(shè)置有與風機主體連接的備用太陽能發(fā)電設(shè)備，能夠在風機主體自身電力無法自給的情況下，通過備用太陽能發(fā)電設(shè)備進行供電。

本實用新型實施例的風機監(jiān)控系統(tǒng)由以下幾個主要部分組成：監(jiān)測裝置10、通信控制單元20、本地云處理單元30、用戶控制終端40、用戶端云處理單元50、本地通信控制中心60、震動能量收集單元70和可擴展通信終端80。

具體工作過程中，分布于風機主體各個關(guān)鍵位置的監(jiān)測裝置10將采集到的數(shù)據(jù)通過Zigbee或BLE通訊方式傳送到風電主體的本地云處理單元30，Zigbee或BLE通信方式由用戶定制，可根據(jù)需要進行選擇。并由通信控制單元20進行批量預處理。一些簡單的程序化操作指令直接由本地云處理單元30返回給監(jiān)測裝置10，進行相應操作處理。

對于復雜的預處理結(jié)果，本地預存指令無法處理，或結(jié)果達到警戒標準，則由本地云處理單元30分類打包發(fā)送給風機主體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將以衛(wèi)星通信(遠海)或無線數(shù)據(jù)通信(兼容GPRS/3G/4G，取決于風機環(huán)境條件)發(fā)送給用戶端云處理單元50。用戶控制終端40中不同位置的遠程用戶通過因特網(wǎng)可以共享收到數(shù)據(jù)，并通過專屬UI界面收集、計算、處理和存檔所收到的數(shù)據(jù)結(jié)果。同理。當用戶控制終端40有檢測需求時，指令可直接通過UI界面下達，通過互聯(lián)網(wǎng)傳送到用戶端云處理單元50，再通過衛(wèi)星或無線數(shù)據(jù)通訊發(fā)送到風機本地通信控制中心60，在經(jīng)過本地云處理單元30預處理后，送達監(jiān)測裝置10的各個傳感器終端執(zhí)行。

用戶端云處理單元50和本地云處理單元30的主要功能體現(xiàn)于：

1、對傳感器終端各節(jié)點發(fā)送的龐大數(shù)據(jù)流具備緩沖，預處理和分類打包的作用。節(jié)省了用戶控制終端40的數(shù)據(jù)接收、處理計算量，提高了處理結(jié)果的精度，降低了虛警、漏警概率；

2、當風機本地云處理單元30中的預存處理指令和算法需要升級的時候，用戶只需通過用戶控制終端40進行遠程云操作，無需親臨現(xiàn)場；

3、傳感器終端存儲能力有限，需要存檔的數(shù)據(jù)可以直接存在本地云處理單元30，起到數(shù)字日志作用(Digital log)；

4、預留的可擴展通信終端80，可以通過云端實現(xiàn)；

5、用戶控制終端40可以實現(xiàn)多界面、多用戶并行處理，節(jié)省了主機硬件需求。

傳感器終端采用基于Zigbee或者BLE協(xié)議的通訊設(shè)備，具體方案可根據(jù)用戶需求定制，其收發(fā)機硬件(包括射頻前端，數(shù)字基帶)是共享的，只需改變軟件即可。Zigbee與BLE終端可以以十分多路復用的形式運行，亦可以支持并發(fā)模式。

為達到超低功耗性能，大部分傳感器采用事件觸發(fā)式的深度睡眠模式，即，僅當有警報指產(chǎn)生或收到指令時進入工作模式，其余事件則處于休眠狀態(tài)。對于光照、濕度、溫度等傳感器，則采用超低占空比工作模式，即每10秒鐘啟動一次，數(shù)據(jù)包傳輸完畢則再次深度休眠。傳感器平均功耗可低至10uW。傳感器無線電周邊硬件配備12-bit至14-bit的定制模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，以滿足客戶需求的感知精度。同時，本系統(tǒng)除具備云存儲功能以外，各個傳感器終端亦配備256kb的Flash模塊，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)保存，最大程度降低漏警概率。

位于塔筒的震動能量收集單元70用于為各個傳感器終端供電。傳統(tǒng)鋰電池可以維持傳感器終端3年左右使用壽命，之后便需要人工更換電池，這對于復雜的傳感器網(wǎng)絡(luò)，尤其是位于遠海的風機傳感器網(wǎng)絡(luò)，是十分復雜的工作且代價高昂。震動能量收集單元70可以持續(xù)收集風機運轉(zhuǎn)過程中的震動能量并轉(zhuǎn)化為電能為電池蓄電，正常情況(電池沒有物理損耗)下可免除充電、更換的需求。同時，基于震動的能量收集方式不受日照溫度等自然環(huán)境限制，24小時可以連續(xù)工作，并保持穩(wěn)定的效率。由于傳感器終端分布廣泛且位置隨機，可以在風機主體的多個地方安裝震動能量收集單元70，僅給附近的高頻次使用傳感器供電，并布下一些備用的震動能量收集單元70。

通信控制單元20，本地云處理單元30和本地通信控制中心60通過220VAC/24VDC模塊進行供電。

風機主體的各個關(guān)鍵部位均配備了高清攝像頭，如葉片區(qū)域攝像頭可用來觀測葉片的表面損傷、裂縫等表面不連續(xù)性，并以圖片的形式發(fā)送給用戶控制終端40。在傳統(tǒng)風機監(jiān)測運維工作中，這往往是由人工肉眼完成的，與本專利方案相比成本較高，時效性較差。同理，在風機傳動鏈區(qū)域、風機機艙/液壓系統(tǒng)區(qū)域、風機塔筒基座區(qū)域等關(guān)鍵位置，亦設(shè)置有相應的攝像頭，以實現(xiàn)多角度高清觀測。

以上僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。