一種基于stm的多通道風電機組振動數(shù)據采集系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于風電設備監(jiān)測技術領域，尤其涉及一種基于STM的多通道風電機組振動數(shù)據采集系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]風力發(fā)電機組是實現(xiàn)將風能轉換成電能的設備，其核心部分是由風輪、傳動鏈、發(fā)電機構成的能量轉換和傳遞系統(tǒng)。由于風電機組的運行工況復雜多變、環(huán)境條件惡劣，因此故障率高于其它行業(yè)的旋轉機械設備，因此有必要加強對風電機組運行狀態(tài)的監(jiān)測。目前風電機組傳動鏈狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷主要采用振動監(jiān)測技術，其基本方法是通過安裝在風電機組傳動鏈各個部件上的多個振動傳感器，測量結構振動加速度信號，通過振動信號分析處理技術，提取反映故障的特征信息，根據故障特征信息對故障類型、部位、程度及其發(fā)展趨勢做出診斷。振動監(jiān)測方式主要分為定期監(jiān)測和在線監(jiān)測。定期監(jiān)測是按照一定的時間間隔使用便攜式振動測量儀器對設備進行振動測量。在線監(jiān)測通過安裝固定的振動在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)，對設備上多個關鍵部位的振動信號進行連續(xù)監(jiān)測分析，隨時獲取設備振動狀態(tài)變化的信息并做出判斷，及時發(fā)現(xiàn)設備的異常工作狀況和故障。多通道在線振動監(jiān)測系統(tǒng)費用比較高，我國的大型風電場往往由數(shù)百臺、甚至上千臺風電機組組成。如果對每臺機組上都安裝在線振動監(jiān)測系統(tǒng)，投資規(guī)模很大，很難一次性實現(xiàn)。因此，許多風電企業(yè)采用定期監(jiān)測的模式，每個風電場配備一臺便攜式多通道振動監(jiān)測系統(tǒng)，定期對風電場內的風電機組進行巡回監(jiān)測，這樣可以起到在線監(jiān)測系統(tǒng)的很好補充。由于風電機組運行環(huán)境條件的特殊性，對于便攜式振動監(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]多通道振動監(jiān)測系統(tǒng)的核心硬件是數(shù)據采集模塊，隨著微電子技術的不斷發(fā)展，微處理器芯片的集成度越來越高。目前數(shù)據采集系統(tǒng)主要采用在一塊芯片上同時集成CPU、存儲器、A/D、D/A、定時/計數(shù)器等單元電路的單片機，其中在測試領域應用較多的是可以實現(xiàn)硬件計算的數(shù)字信號處理芯片(DSP)。DSP數(shù)據采集系統(tǒng)處理速度快，特別適用于需要高速計算的信號分析處理領域，但是由于頻繁的中斷會使CPU的效率降低，影響響應速度。近年來在GAL/PAL、PLD等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展起來的數(shù)據采集系統(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，逐漸成為了高速數(shù)據采集系統(tǒng)應用的主流芯片。
【實用新型內容】
[0004]基于風電場設備定期監(jiān)測的需求，根據振動信號監(jiān)測分析的特點，本實用新型提出一種基于STM的多通道風電機組振動數(shù)據采集系統(tǒng)，包括:多路振動傳感器、轉速傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、輸入數(shù)據接口、信號調理模塊、模數(shù)轉換模塊、STM處理器、網絡模塊、外圍電路；
[0005]其中，多路振動傳感器、轉速傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器分別與輸入數(shù)據接口相連，多路振動傳感器檢測到的機組振動信號依次通過輸入數(shù)據接口、信號調理模塊、模數(shù)轉換模塊傳到STM處理器，轉速傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器檢測到的機組運行參數(shù)依次通過輸入數(shù)據接口、模數(shù)轉換模塊傳到STM處理器，網絡模塊、外圍電路分別與STM處理器相連。
[0006]所述多路振動傳感器安裝在風電機組傳動鏈多個部件上，測量機組主軸承、齒輪箱和發(fā)電機的振動。
[0007]所述轉速傳感器測量齒輪箱輸出軸轉速，溫度傳感器測量齒輪箱溫度、發(fā)電機溫度，電流傳感器、電壓傳感器測量機組輸出功率。
[0008]所述輸入數(shù)據接口包括:瞬變信號接口和緩變信號接口，瞬變信號接口接收振動傳感器信號，緩變信號接口接收轉速傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器的信號。
[0009]所述信號調理模塊包括:模擬放大電路和低通抗混疊濾波電路；信號調理模塊被設計成開關切換方式，分別適用于電流型振動傳感器信號和電壓型振動傳感器信號的調理。
[0010]所述模數(shù)轉換模塊采用兩個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內核的32位增強型微控制器STM32F103ZET，用于控制整個數(shù)據采集系統(tǒng)的數(shù)據采集、處理、存儲和通訊傳輸。
[0012]所述網絡模塊采用W5300網絡芯片，與上位機采取總線接口方式連接，或者與風電場集控中心的診斷服務器直接連接，進行高速數(shù)據傳輸，實現(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:時鐘電路、復位電路、降壓模塊、電源模塊；使用風電機組機艙內的220V直流電源供電，經電源模塊將220V電壓調整到24V輸出，再分別經過兩個降壓模塊將電壓降至±15V和±5V，為米集系統(tǒng)各部分供電。
[0014]本實用新型的有益效果在于:
[0015]I)本實用新型的數(shù)據采集系統(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，方便實現(xiàn)便攜式定期監(jiān)測功能，易于實施現(xiàn)場測量和信號傳輸。
[0016]2)基于本實用新型的數(shù)據采集系統(tǒng)技術方案采用以太網進行數(shù)據通信，即可以與便攜式筆記本電腦連接，實現(xiàn)現(xiàn)場分析診斷，同樣也可以作為在線連續(xù)振動監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據采集前端，通過以太網與集控中心的診斷服務器連接，在不停機狀態(tài)下對運行風電機組設備進行連續(xù)實時監(jiān)測。
[0017]3)本實用新型可以實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測與遠程工程師診斷相結合的監(jiān)測模式，提高了定期巡檢過程中發(fā)現(xiàn)和處理設備故障的時效性，降低了故障停機的風險以及風電場運行維護和設備維修的成本。
【附圖說明】
[0018]圖1為基于STM的多通道風電機組振動數(shù)據采集系統(tǒng)示意圖。
[0019]圖2為多通道數(shù)據采集系統(tǒng)內部結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細說明。
[0021]本實用新型提供了一種基于STM的多通道風電機組振動數(shù)據采集系統(tǒng)，如圖1所示，包括:多路振動傳感器、轉速傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、輸入數(shù)據接口、信號調理模塊、模數(shù)轉換模塊、STM處理器、網絡模塊、外圍電路。
[0022]所述振動傳感器采用壓電加速度傳感器，最多8個振動傳感器布置在風電機組傳動鏈各個主要部件上，可以同時測量機組主軸承、齒輪箱和發(fā)電機的振動，作