一種基于ZigBee與GPRS技術(shù)的遠(yuǎn)程海上風(fēng)電監(jiān)測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及海上風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，具體為一種遠(yuǎn)程海上風(fēng)電監(jiān)測(cè)通訊系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，煤炭、石油等傳統(tǒng)能源面臨資源枯竭和環(huán)境污染兩大難題，大力開(kāi)發(fā)清潔能 源成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。風(fēng)能作為清潔的可再生能源因其資源豐富、易于開(kāi)發(fā)，得到了迅猛 的發(fā)展。隨著陸上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的成熟，海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)備受矚目。然而，海上風(fēng)場(chǎng)環(huán)境相對(duì) 陸上更加惡劣，增加了風(fēng)機(jī)的安裝和維護(hù)難度，風(fēng)電機(jī)組的維護(hù)成本較大，成為阻礙海上風(fēng) 電發(fā)展的關(guān)鍵因素。目前國(guó)內(nèi)外海上風(fēng)機(jī)的監(jiān)測(cè)大多采用原有陸上風(fēng)機(jī)的監(jiān)測(cè)方案改造得 到，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多采用有線通信方式，對(duì)于環(huán)境惡劣、難以進(jìn)入的海上風(fēng)電場(chǎng)，采用光纖、電纜 等有線通信方式，布線難度大、成本高，且更易損壞，不利于海上風(fēng)場(chǎng)的擴(kuò)容和維護(hù)，降低了 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有的海上風(fēng)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用有線通信方式的 缺點(diǎn)，提供一種基于ZigBee與GPRS技術(shù)的遠(yuǎn)程海上風(fēng)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，減少海上風(fēng)電機(jī)組的運(yùn) 維成本，提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性。
[0004] 為達(dá)到上述目的，采用的技術(shù)方案是：一種基于ZigBee與GPRS技術(shù)的遠(yuǎn)程海上 風(fēng)電監(jiān)測(cè)裝置包括：下位機(jī)ZigBee無(wú)線傳感器數(shù)據(jù)采集單元，ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)和GPRS無(wú) 線遠(yuǎn)程通信單元，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元；其中，ZigBee無(wú)線傳感器數(shù)據(jù)采集單元 作為監(jiān)控設(shè)備，采集風(fēng)電機(jī)組的環(huán)境、電氣、狀態(tài)和機(jī)械參數(shù)，并傳輸給ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)， ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封包后傳輸給GPRS無(wú)線遠(yuǎn)程通信單元，GPRS無(wú)線遠(yuǎn)程通信單 元作為客戶端通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)，監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、解析 和實(shí)時(shí)顯示，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)數(shù)據(jù)分析對(duì)風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和診斷；
[0005] 其中，所述下位機(jī)ZigBee無(wú)線傳感器數(shù)據(jù)采集單元包括：傳感器模塊和ZigBee終 端組成的多個(gè)數(shù)據(jù)采集終端、ZigBee路由器、ZigBee協(xié)調(diào)器構(gòu)成；其中每個(gè)數(shù)據(jù)采集終端 設(shè)備采集風(fēng)電設(shè)備的一項(xiàng)狀態(tài)參數(shù)；數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備采用無(wú)線方式將傳感器采集的數(shù)據(jù) 發(fā)送給ZigBee路由器，ZigBee路由器匯聚各數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備參數(shù)后，將數(shù)據(jù)無(wú)線轉(zhuǎn)發(fā)給 ZigBee協(xié)調(diào)器；協(xié)調(diào)器建立和維護(hù)整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，并將監(jiān)測(cè)參數(shù)發(fā)送給ZigBee-GPRS網(wǎng) 關(guān)模塊。
[0006] 所述數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備采集風(fēng)電設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)包括：風(fēng)速、環(huán)境溫度、環(huán)境溫 度、機(jī)艙溫度、結(jié)冰狀態(tài)、波浪狀態(tài)、葉片槳距角、葉片應(yīng)變、葉片腐蝕、塔架位移、剎車片磨 損、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、風(fēng)輪制動(dòng)溫度、風(fēng)輪軸承溫度、主軸位移、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)線圈U溫度、發(fā) 電機(jī)線圈V溫度、發(fā)電機(jī)線圈W溫度、發(fā)電機(jī)軸承溫度、發(fā)電機(jī)加速度、偏航位置、電纜扭轉(zhuǎn) 順時(shí)針、電纜扭轉(zhuǎn)逆時(shí)針、逆變器溫度、齒輪箱油溫、齒輪箱軸承溫度、齒輪箱行星級(jí)軸承位 移、齒輪箱中間級(jí)軸承加速度、齒輪箱高速級(jí)軸承加速度。
[0007] 所述ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)由STM8S207芯片構(gòu)成，GPRS無(wú)線遠(yuǎn)程通信單元為S頂300 芯片構(gòu)成；ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)采用中斷方式接收Z(yǔ)igBee協(xié)調(diào)器發(fā)送的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù) 進(jìn)行重新封裝，通過(guò)串口發(fā)送給snooo ;snooo芯片與監(jiān)測(cè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)tcp/ip連接，snooo 將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給上位機(jī)監(jiān)測(cè)平臺(tái)。
[0008] 所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元采用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，使用LabSQL工具包將監(jiān)測(cè)平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn) 行連接，LabVIEW編程實(shí)現(xiàn)將接收到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中。
[0009] 有益效果：本發(fā)明采用無(wú)線通信的方式對(duì)海上風(fēng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行采集，并通過(guò) 遠(yuǎn)程無(wú)線通信的方式將參數(shù)傳輸給上位機(jī)LabVIEW，降低了風(fēng)電場(chǎng)的監(jiān)測(cè)成本，同時(shí)提高了 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性；采用LabVIEW作為監(jiān)測(cè)平臺(tái)，降低了用戶開(kāi)發(fā)和使用難度，提供直觀友 好的監(jiān)測(cè)界面，同時(shí)用戶可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整界面；該系統(tǒng)具有成本小、穩(wěn)定性高、易于 維護(hù)等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖；
[0011] 圖2是無(wú)線數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程無(wú)線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0012] 圖3是ZigBee協(xié)調(diào)器組網(wǎng)流程圖；
[0013] 圖4是網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)通信流程圖；
[0014] 圖5是LabVIEW監(jiān)測(cè)平臺(tái)功能示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0016] 首先介紹本發(fā)明的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，如圖1，其中采用風(fēng)速、風(fēng)向、轉(zhuǎn)速、位移、加速 度、溫濕度等傳感器采集風(fēng)機(jī)的葉片、傳動(dòng)軸系以及塔架的電氣、機(jī)械和狀態(tài)各項(xiàng)參數(shù)，監(jiān) 測(cè)參數(shù)和傳感器配置如表1所示。
[0017] 通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，對(duì)海上風(fēng)機(jī)的健康狀況和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，通過(guò) ZigBee-GPRS無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)采用無(wú)線方式將數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)程上位機(jī)LabVIEW監(jiān)測(cè)平臺(tái)。上 位機(jī)LabVIEW對(duì)采集參數(shù)接收，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，包括風(fēng)機(jī)溫度監(jiān)測(cè)模塊、風(fēng)電機(jī)組 狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢模塊以及風(fēng)機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)分析模塊。
[0018] 在圖2中，將傳感器和ZigBee節(jié)點(diǎn)通過(guò)1/0 口連接作為數(shù)據(jù)采集終端節(jié)點(diǎn)，通過(guò) ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)匯集風(fēng)電機(jī)組參數(shù)，采集傳感器以及ZigBee網(wǎng)絡(luò)共同組成無(wú)線傳感器 網(wǎng)絡(luò)，用于收集風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)，ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通過(guò)串口將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) 傳輸給網(wǎng)關(guān)MCU，MCU將風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給GPRS無(wú)線通信模塊，無(wú)線通信模塊通過(guò)GPRS 網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，最后由監(jiān)測(cè)中心上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn) 行接收和處理。
[0019] 附圖3為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)流程，首先，終端監(jiān)測(cè)設(shè)備上電初始化，判斷設(shè)備類 型，只有FFD設(shè)備可以作為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。若設(shè)備為FFD類型，則對(duì)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的信道進(jìn)行掃 描，尋找空閑信道，設(shè)置新網(wǎng)絡(luò)的PAN標(biāo)識(shí)符，建立新的ZigBee網(wǎng)絡(luò)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)組建成功 后，協(xié)調(diào)器進(jìn)入監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，向網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信標(biāo)幀，等待其他節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中 其他節(jié)點(diǎn)收到信標(biāo)幀后，向協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求命令，當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到入網(wǎng)請(qǐng)求應(yīng)答消息 時(shí)，則允許入網(wǎng)，協(xié)調(diào)器會(huì)為其分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址，節(jié)點(diǎn)成功加入網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)中協(xié)調(diào)器節(jié) 點(diǎn)主要作用為建立和維護(hù)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，匯集終端節(jié)點(diǎn)采集的風(fēng)機(jī)參數(shù)，并將接收到的數(shù)據(jù) 發(fā)送給GPRS模塊。
[0020] 在圖4中，ZigBee終端節(jié)點(diǎn)對(duì)風(fēng)機(jī)狀態(tài)參數(shù)和環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集，通過(guò)路由節(jié)點(diǎn) 將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行匯集封裝，通過(guò)串口發(fā)送給網(wǎng)關(guān)單 片機(jī)，單片機(jī)采用中斷的方式對(duì)串口數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，之后對(duì)接收的數(shù)據(jù)解析，重新封包，并 向S頂300模塊發(fā)送TCP/IP連接命令，連接成功后，將數(shù)據(jù)包發(fā)給S頂300模塊，當(dāng)數(shù)據(jù)成功 發(fā)送時(shí)，斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)連接。
[0021] 在圖5中，對(duì)上位機(jī)LabVIEW監(jiān)測(cè)平臺(tái)進(jìn)行需求分析，根據(jù)實(shí)際海上風(fēng)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 的需求，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)的功能包括監(jiān)測(cè)功能和管理功能。
[0022] 所述監(jiān)測(cè)功能包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)接收和解析、數(shù)據(jù)顯示和風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能。
[0023] 所述管理功能包括：歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析和遠(yuǎn)程登錄功能。
[0024] 該領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解上述實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明的原理，而不限制本發(fā) 明的范圍，本發(fā)明還可做一定的變形和改進(jìn)，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā) 明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0025] 表 1
[0026]

【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于ZigBee與GPRS技術(shù)的遠(yuǎn)程海上風(fēng)電監(jiān)測(cè)裝置包括：下位機(jī)ZigBee無(wú)線 傳感器數(shù)據(jù)采集單元，ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)和GPRS無(wú)線遠(yuǎn)程通信單元，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)和數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)單元；其中，ZigBee無(wú)線傳感器數(shù)據(jù)采集單元作為監(jiān)控設(shè)備，采集風(fēng)電機(jī)組的環(huán)境、電 氣、狀態(tài)和機(jī)械參數(shù)，并傳輸給ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)，ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封包后傳 輸給GPRS無(wú)線遠(yuǎn)程通信單元，GPRS無(wú)線遠(yuǎn)程通信單元作為客戶端通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù) 發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)，監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、解析和實(shí)時(shí)顯示，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù) 中，通過(guò)數(shù)據(jù)分析對(duì)風(fēng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和診斷； 其中，所述下位機(jī)ZigBee無(wú)線傳感器數(shù)據(jù)采集單元包括：傳感器模塊和ZigBee終端 組成的多個(gè)數(shù)據(jù)采集終端、ZigBee路由器、ZigBee協(xié)調(diào)器構(gòu)成；其中每個(gè)數(shù)據(jù)采集終端設(shè) 備采集風(fēng)電設(shè)備的一項(xiàng)狀態(tài)參數(shù)；數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備采用無(wú)線方式將傳感器采集的數(shù)據(jù)發(fā) 送給ZigBee路由器，ZigBee路由器匯聚各數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備參數(shù)后，將數(shù)據(jù)無(wú)線轉(zhuǎn)發(fā)給 ZigBee協(xié)調(diào)器；協(xié)調(diào)器建立和維護(hù)整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，并將監(jiān)測(cè)參數(shù)發(fā)送給ZigBee-GPRS網(wǎng) 關(guān)模塊。2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee與GPRS技術(shù)的遠(yuǎn)程海上風(fēng)電監(jiān)測(cè)裝置包括， 其特征在于所述數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備采集風(fēng)電設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)包括：風(fēng)速、環(huán)境溫度、環(huán)境溫 度、機(jī)艙溫度、結(jié)冰狀態(tài)、波浪狀態(tài)、葉片槳距角、葉片應(yīng)變、葉片腐蝕、塔架位移、剎車片磨 損、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、風(fēng)輪制動(dòng)溫度、風(fēng)輪軸承溫度、主軸位移、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)線圈U溫度、發(fā) 電機(jī)線圈V溫度、發(fā)電機(jī)線圈W溫度、發(fā)電機(jī)軸承溫度、發(fā)電機(jī)加速度、偏航位置、電纜扭轉(zhuǎn) 順時(shí)針、電纜扭轉(zhuǎn)逆時(shí)針、逆變器溫度、齒輪箱油溫、齒輪箱軸承溫度、齒輪箱行星級(jí)軸承位 移、齒輪箱中間級(jí)軸承加速度、齒輪箱高速級(jí)軸承加速度。3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee與GPRS技術(shù)的遠(yuǎn)程海上風(fēng)電監(jiān)測(cè)裝置包 括，其特征在于所述ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)由STM8S207芯片構(gòu)成，GPRS無(wú)線遠(yuǎn)程通信單元為 SnOOO芯片構(gòu)成；ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)采用中斷方式接收Z(yǔ)igBee協(xié)調(diào)器發(fā)送的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并 將數(shù)據(jù)進(jìn)行重新封裝，通過(guò)串口發(fā)送給snooo;snooo芯片與監(jiān)測(cè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)tcp/ip連接， S頂300將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給上位機(jī)監(jiān)測(cè)平臺(tái)。4. 如權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee與GPRS技術(shù)的遠(yuǎn)程海上風(fēng)電監(jiān)測(cè)裝置包括， 其特征在于所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元采用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，使用LabSQL工具包將監(jiān)測(cè)平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù) 進(jìn)行連接，LabVIEW編程實(shí)現(xiàn)將接收到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中。
【專利摘要】一種基于ZigBee與GPRS技術(shù)的遠(yuǎn)程海上風(fēng)電監(jiān)測(cè)裝置，涉及海上風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，具體為一種遠(yuǎn)程海上風(fēng)電監(jiān)測(cè)通訊系統(tǒng)。其在海上風(fēng)機(jī)的葉片、傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)艙、塔架等部件安裝傳感器采集風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)，通過(guò)ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚各傳感器數(shù)據(jù)，并通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)，監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和進(jìn)一步的處理，包括實(shí)時(shí)顯示風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、溫度、電壓、電流等參數(shù)，并將監(jiān)測(cè)參數(shù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)風(fēng)機(jī)的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，及早發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)故障，方便維護(hù)人員及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行處理，避免嚴(yán)重事故的發(fā)生，減少海上風(fēng)機(jī)的運(yùn)維成本。
【IPC分類】G08C17/02, H04L29/08, F03D17/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105351152
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510795141
【發(fā)明人】楊峰, 李 瑞, 周力, 馬霞霞, 黃雨嘯, 羅楊, 夏成龍
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年11月18日