一種基于stm的多通道風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)電設(shè)備監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于STM的多通道風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是實(shí)現(xiàn)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備，其核心部分是由風(fēng)輪、傳動(dòng)鏈、發(fā)電機(jī)構(gòu)成的能量轉(zhuǎn)換和傳遞系統(tǒng)。由于風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行工況復(fù)雜多變、環(huán)境條件惡劣，因此故障率高于其它行業(yè)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備，因此有必要加強(qiáng)對(duì)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測。目前風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷主要采用振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)，其基本方法是通過安裝在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈各個(gè)部件上的多個(gè)振動(dòng)傳感器，測量結(jié)構(gòu)振動(dòng)加速度信號(hào)，通過振動(dòng)信號(hào)分析處理技術(shù)，提取反映故障的特征信息，根據(jù)故障特征信息對(duì)故障類型、部位、程度及其發(fā)展趨勢做出診斷。振動(dòng)監(jiān)測方式主要分為定期監(jiān)測和在線監(jiān)測。定期監(jiān)測是按照一定的時(shí)間間隔使用便攜式振動(dòng)測量儀器對(duì)設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)測量。在線監(jiān)測通過安裝固定的振動(dòng)在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備上多個(gè)關(guān)鍵部位的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測分析，隨時(shí)獲取設(shè)備振動(dòng)狀態(tài)變化的信息并做出判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常工作狀況和故障。多通道在線振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)費(fèi)用比較高，我國的大型風(fēng)電場往往由數(shù)百臺(tái)、甚至上千臺(tái)風(fēng)電機(jī)組組成。如果對(duì)每臺(tái)機(jī)組上都安裝在線振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，投資規(guī)模很大，很難一次性實(shí)現(xiàn)。因此，許多風(fēng)電企業(yè)采用定期監(jiān)測的模式，每個(gè)風(fēng)電場配備一臺(tái)便攜式多通道振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，定期對(duì)風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行巡回監(jiān)測，這樣可以起到在線監(jiān)測系統(tǒng)的很好補(bǔ)充。由于風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行環(huán)境條件的特殊性，對(duì)于便攜式振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性、耗電量和體積重量都提出更高要求。
[0003]多通道振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的核心硬件是數(shù)據(jù)采集模塊，隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器芯片的集成度越來越高。目前數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要采用在一塊芯片上同時(shí)集成CPU、存儲(chǔ)器、A/D、D/A、定時(shí)/計(jì)數(shù)器等單元電路的單片機(jī)，其中在測試領(lǐng)域應(yīng)用較多的是可以實(shí)現(xiàn)硬件計(jì)算的數(shù)字信號(hào)處理芯片(DSP)。DSP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處理速度快，特別適用于需要高速計(jì)算的信號(hào)分析處理領(lǐng)域，但是由于頻繁的中斷會(huì)使CPU的效率降低，影響響應(yīng)速度。近年來在GAL/PAL、PLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展起來的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可編程邏輯門陣列(FPGA-Filed Programmable GateArray)由于具有集成度高、可靠性好、開發(fā)方便、功能多樣和體積小等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為了高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用的主流芯片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于風(fēng)電場設(shè)備定期監(jiān)測的需求，根據(jù)振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測分析的特點(diǎn)，本發(fā)明提出一種基于STM的多通道風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括:多路振動(dòng)傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、輸入數(shù)據(jù)接口、信號(hào)調(diào)理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、STM處理器、網(wǎng)絡(luò)模塊、外圍電路；
[0005]其中，多路振動(dòng)傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器分別與輸入數(shù)據(jù)接口相連，多路振動(dòng)傳感器檢測到的機(jī)組振動(dòng)信號(hào)依次通過輸入數(shù)據(jù)接口、信號(hào)調(diào)理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊傳到STM處理器，轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器檢測到的機(jī)組運(yùn)行參數(shù)依次通過輸入數(shù)據(jù)接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊傳到STM處理器，網(wǎng)絡(luò)模塊、外圍電路分別與STM處理器相連。
[0006]所述多路振動(dòng)傳感器安裝在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈多個(gè)部件上，測量機(jī)組主軸承、齒輪箱和發(fā)電機(jī)的振動(dòng)。
[0007]所述轉(zhuǎn)速傳感器測量齒輪箱輸出軸轉(zhuǎn)速，溫度傳感器測量齒輪箱溫度、發(fā)電機(jī)溫度，電流傳感器、電壓傳感器測量機(jī)組輸出功率。
[0008]所述輸入數(shù)據(jù)接口包括:瞬變信號(hào)接口和緩變信號(hào)接口，瞬變信號(hào)接口接收振動(dòng)傳感器信號(hào)，緩變信號(hào)接口接收轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器的信號(hào)。
[0009]所述信號(hào)調(diào)理模塊包括:模擬放大電路和低通抗混疊濾波電路；信號(hào)調(diào)理模塊被設(shè)計(jì)成開關(guān)切換方式，分別適用于電流型振動(dòng)傳感器信號(hào)和電壓型振動(dòng)傳感器信號(hào)的調(diào)理。
[0010]所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用兩個(gè)16位分辨率6通道逐次逼近型的AD7656芯片。
[0011]所述STM處理器采用基于Cortex-M3內(nèi)核的32位增強(qiáng)型微控制器STM32F103ZET，用于控制整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)和通訊傳輸。
[0012]所述網(wǎng)絡(luò)模塊采用W5300網(wǎng)絡(luò)芯片，與上位機(jī)采取總線接口方式連接，或者與風(fēng)電場集控中心的診斷服務(wù)器直接連接，進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場與集控中心的交互式監(jiān)測診斷。
[0013]所述外圍電路包括:時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、降壓模塊、電源模塊；使用風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙內(nèi)的220V直流電源供電，經(jīng)電源模塊將220V電壓調(diào)整到24V輸出，再分別經(jīng)過兩個(gè)降壓模塊將電壓降至±15V和±5V，為米集系統(tǒng)各部分供電。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:
[0015]I)本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以STM32作為主控核心，具有性能全面、功耗低、可靠性好、體積小等優(yōu)點(diǎn)，方便實(shí)現(xiàn)便攜式定期監(jiān)測功能，易于實(shí)施現(xiàn)場測量和信號(hào)傳輸。
[0016]2)基于本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術(shù)方案采用以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，即可以與便攜式筆記本電腦連接，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場分析診斷，同樣也可以作為在線連續(xù)振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集前端，通過以太網(wǎng)與集控中心的診斷服務(wù)器連接，在不停機(jī)狀態(tài)下對(duì)運(yùn)行風(fēng)電機(jī)組設(shè)備進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測。
[0017]3)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測與遠(yuǎn)程工程師診斷相結(jié)合的監(jiān)測模式，提高了定期巡檢過程中發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備故障的時(shí)效性，降低了故障停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)以及風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)和設(shè)備維修的成本。
【附圖說明】
[0018]圖1為基于STM的多通道風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖。
[0019]圖2為多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。
[0021]本發(fā)明提供了一種基于STM的多通道風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如圖1所示，包括:多路振動(dòng)傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、輸入數(shù)據(jù)接口、信號(hào)調(diào)理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、STM處理器、網(wǎng)絡(luò)模塊、外圍電路。
[0022]所述振動(dòng)傳感器采用壓電加速度傳感器，最多8個(gè)振動(dòng)傳感器布置在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈各個(gè)主要部件上，可以同時(shí)測量機(jī)組主軸承、齒輪箱和發(fā)電機(jī)