CN109358180A - 风电机组润滑油在线监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组润滑油在线监测系统，包括监测箱体，传感器单元，数据处理模块、电源管理模块以及润滑油循环部件，所述的润滑油循环部件包括连通所述的风电机组的齿轮箱的机械泵的出油口至所述的监测箱体的采油管，以及连通所述的监测箱体和齿轮箱的回油管。本发明的在线监测系统用于齿轮箱润滑油油液品质数据的实时采集、存储、传输，润滑油循环部件为与齿轮箱系统唯一交联部分，通过从齿轮箱机械泵的出油口引油到监测箱体的进油口，再从监测箱体出油口回油到齿轮箱空气滤芯，可有效的节约润滑油用油量，延长齿轮箱设备寿命，及时、准确判定设备磨损状态，进而采取有效的维护措施，降低设备故障率。

Description

风电机组润滑油在线监测系统及监测方法

技术领域

本发明属于风机控制技术领域，具体涉及一种风电机组润滑油在线监测系统及监测方法。

背景技术

现有的油品维护方式为：每两到三年更换一次油品，这种维护模式的弊端在于：一是肉眼无法判断油品初期劣化的情况，二是按期换油，具有很大的盲目性，设备磨损不能及时发现，或有可能油品尚好造成浪费。

中国专利CN 206573573 U公开了一种电齿轮润滑油在线监测自动维护装置，由油泵、恒温加热器、溢流阀、监测单元、过滤器、真空罐、冷凝器、集水罐、真空泵、单向阀通过管路连接组成循环油路，其中油泵的进油口与风力发电机齿轮箱的备用放油口连接取油，单向阀与该风力发电机齿轮箱的润滑油路中过滤器I的进油端连接，监测单元内设置有颗粒污染度传感器、水分含量监测仪、温度传感器，真空罐上部设有电动放气阀，真空罐中部设有液位传感器。智能控制单元与油泵、恒温加热器、监测单元、真空泵、电动放气阀、液位传感器线连接组成控制电路。

虽然上述专利利用线外的监测实现了润滑油质量的监测，但是其监测数据完全是依靠孤立运行的程序进行控制，没有与风机实际运行情况相结合，不能形成有效的连贯性数据积累。

而且，由于风机一般都安装在荒无人烟的地方，甚至是海拔较高的山上，这些地方往往运营商基站较少，信号质量较差，不能有效满足数据的及时有效传送，使上述在线监测自动维护装置处理脱离控制监管的独立运行状态，不能实现真正的在线。同时由于风场面积广、风机数量多，有线方式需要提前铺设大量网线，任务量非常繁重，同样不能解决真正的在线监测。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种风电机组润滑油在线监测系统。

本发明的另一个目的是，提供一种风电机组润滑油在线监测系统的监测方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种风电机组润滑油在线监测系统，包括监测箱体，传感器单元，数据处理模块、电源管理模块以及润滑油循环部件，所述的润滑油循环部件包括连通所述的风电机组的齿轮箱的机械泵的出油口至所述的监测箱体的采油管，以及连通所述的监测箱体和齿轮箱的回油管。

在上述技术方案中，所述的采油管接入监测箱体的侧面侧部，所述的采油管接入所述的监测箱体侧面顶部，所述的回油管与齿轮箱的空气滤芯。

在上述技术方案中，所述的传感器采集单元包括颗粒度传感器、粘度传感器、水分传感器以及介电常数传感器，所述的颗粒度传感器设置在监测箱体底部。

在上述技术方案中，所述的颗粒度传感器通过CAN总线将采集数据传输给无线数据传输单元，粘度传感器、水分传感器和介电常数传感器通过RS485总线将采集数据传输给无线数据传输单元。

在上述技术方案中，所述的电源管理模块包括与外电网连通的变压整流单元和UPS，以及向传感器提供稳定恒流输出的恒流源。

在上述技术方案中，所述的数据处理模块包括与传感器单元通讯连接的传感器数据采集单元，与所述的传感器数据采集单元通讯连接的MCU逻辑控制单元，以及受所述的通讯方式切换单元控制择一使能的高频射频通讯单元和4G通讯单元，所述的高频射频通讯单元和4G通讯单元分别与所述的MCU逻辑控制单元通讯连接。

在上述技术方案中，所述的通讯方式切换单元控制包括与所述的MCU的切换使能端电连接的开关元件，所述的高频射频通讯单元和4G通讯单元的使能端分别经开关元件与使能供电端接通。

在上述技术方案中，所述的开关元件包括MOS管Q17和三极管Q19，所述三极管Q19的基极经过第一电阻R149与所述的切换使能端相连；所述的高频射频通讯单元为433MHz通讯模块，所述MOS管Q17的源极与使能供电端相连；所述MOS管Q17的漏极与433MHz通讯模块的使能端相连；所述三极管Q19的集电极经过第二电阻R147与MOS管Q17的栅极相连；所述的MOS管Q17的栅极与4G通讯模块的使能端连接并经第三电阻R145与系统电源连接，所述的三极管Q19的发射极接地。

在上述技术方案中，传感器数据采集模块包含输入端与传感器对应相连、输出端与MCU的AD采集引脚相连以将传感器输出的小信号进行放大的运算放大器。

在上述技术方案中，还包括与所述的MCU通讯连接的GPS单元。

风电机组润滑油在线监测系统的控制方法，包括以下步骤，

1)风机发电时机械泵将齿轮箱内的油泵入监测箱体，MCU对多个传感器接口进行定时轮询采集数据，数据处理模块通过4G通讯模块利用4G网络将采集到的数据传输至云服务器；

2)若MCU判断4G信号弱于设定阈值，则使4G通讯模块待机并使能高频射频通讯模块，高频射频通讯模块与风场服务器端进行无线数据通讯，风场服务器再通过光纤或无线通讯模块与云服务器进行数据交互；

3)当4G模块信号恢复至阈值或以上，则MCU控制高频射频通讯模块待机并使能4G通讯模块以将采集到的数据直接传输至云服务器。

本发明的优点和有益效果为：

本发明的在线监测系统用于齿轮箱润滑油油液品质数据的实时采集、存储、传输，润滑油循环部件为与齿轮箱系统唯一交联部分，通过从齿轮箱机械泵的出油口引油到监测箱体的进油口，再从监测箱体出油口回油到齿轮箱空气滤芯，可有效的节约润滑油用油量，延长齿轮箱设备寿命，及时、准确判定设备磨损状态，进而采取有效的维护措施，降低设备故障率。此外可以有效减轻工作人员的工作量，提高润滑油系统管理水平，减少设备损耗，控制、节约成本。

附图说明

图1是本发明风电机组润滑油在线监测系统的结构示意图。

图2是本发明风电机组润滑油在线监测系统的通讯切换模块的电路图。

图3所示为数据处理模块结构示意图。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

本发明的一种风电机组润滑油在线监测系统，包括监测箱体，传感器单元，数据处理模块、电源管理模块以及润滑油循环部件，所述的润滑油循环部件包括连通所述的风电机组的齿轮箱的机械泵的出油口至所述的监测箱体的采油管，以及连通所述的监测箱体和齿轮箱的回油管。

机械泵为出厂就带的标配件，以V52风机为例，高速轴强制润滑所必须要必备的部件，齿轮箱高速轴给机械泵提供动力，挤压管路内空气，从而将油液在油箱抽到管路中。若风小的情况下，风机叶轮不转动，高速轴也不会有转速，机械泵也不会动作，高转速情况下，进入监测箱体内的油液流速会增大，通过在机械泵出油口设置比例阀或者节流阀在引导润滑油进入监测箱体，则能减小流速对测量的影响，可以忽略。即，任意时刻的监测数据与风机工作状况相对应，有效提高数据分析时的维度，提高可解析性。

本发明的在线监测系统用于齿轮箱润滑油油液品质数据的实时采集、存储、传输，润滑油循环部件为与齿轮箱系统唯一交联部分，通过从齿轮箱机械泵的出油口引油到监测箱体的进油口，再从监测箱体出油口回油到齿轮箱空气滤芯，可有效的节约润滑油用油量，延长齿轮箱设备寿命，及时、准确判定设备磨损状态，进而采取有效的维护措施，降低设备故障率。此外可以有效减轻工作人员的工作量，提高润滑油系统管理水平，减少设备损耗，控制、节约成本。

其中，所述的传感器采集单元包括颗粒度传感器、粘度传感器、水分传感器以及介电常数传感器，所述的颗粒度传感器设置在监测箱体底部。设置在底部竖直朝上安装其感测部件，有效避免颗粒沉积在监测箱体内对测量结果的影响，提高检测精度，各传感器均通过螺纹安装并设置橡胶圈以提高其密封效果。其中，所述的颗粒度传感器通过CAN总线将采集数据传输给无线数据传输单元，粘度传感器、水分传感器和介电常数传感器通过RS485总线将采集数据传输给无线数据传输单元。采用不同形式的通讯协议，便于利用MCU的不同数据端口，而且提高数据的传输效果，适应不同的传感器类型。

在齿轮箱运转过程中，齿轮箱内部的润滑油会流经机械泵出油口到齿轮箱润滑油油液在线监测装置进油口，适当的调节机械泵出油口的机械压力，使得润滑油能在机械泵出油口与空气滤芯回油口之间形成一个油路循环。在齿轮箱润滑油油液在线监测装置通电正常工作之后，其中的传感器采集单元实时采集油箱内部的润滑油油液参数，包括小颗粒、大颗粒磨损浓度，粘度值，溶解水含量，游离水含量，介电常数以及油液温度值，并将这些参数值通过485总线、CAN总线传输给无线数据传输单元。

实施例二

作为其中一种具体实施方式，所述的数据处理模块包括与传感器单元通讯连接的传感器数据采集单元，与所述的传感器数据采集单元通讯连接的MCU逻辑控制单元，以及受所述的通讯方式切换单元控制择一使能的高频射频通讯单元和4G通讯单元，所述的高频射频通讯单元如433MHz通讯单元和4G通讯单元分别与所述的MCU逻辑控制单元通讯连接。具体地，所述的通讯方式切换单元控制包括与所述的MCU的切换使能端电连接的开关元件，所述的高频射频通讯单元和4G通讯单元的使能端分别经开关元件与使能供电端接通，所述的使能供电端由电源管理模块提供，所述的电源管理模块包括与外电网连通的变压整流单元和UPS，以及向传感器提供稳定恒流输出的恒流源，如4ma的恒流源。从外部电网取电，风机不发电的时，如风机出现故障，或者人为暂停或完全无风时，这些情况都不会影响到该装置，以备风机上各个设备的正常运行及检测。

如图2所示，所述的开关元件包括包含MOS管Q17和三极管Q19，所述三极管Q19的基极经过第一电阻R149与所述的切换使能端相连；所述P型MOS管Q17的源极与电源管理模块的使能供电端，如5V相连；所述MOS管Q17的漏极与433MHz通讯模块的使能端相连，即可在导通时满足433MHz通讯单元5V的唤醒需求，即从待机切换到工作状态；所述N沟道三极管Q19的集电极经过第二电阻R147与MOS管Q17的栅极相连；所述的MOS管Q17的栅极与4G通讯模块的使能供电端连接并经第三电阻R145与系统电源连接，所述的三极管Q19的发射极接地。R145为30k欧，R147为100k欧，则系统第三电阻电源经R145和第二电阻R147的分压即可满足4G通讯模块3.8V的唤醒需求，即从待机状态切换到工作状态以进行数据传输，实现所述的择一使能，所述的使能即为从待机到唤醒的操作，不同的4G模块和不同的433MHZ模块的唤醒引脚不同，只需要对应的接通即可，在此不复赘述。

进一步地，传感器数据采集模块包含输入端与传感器对应相连、输出端与MCU的AD采集引脚相连以将传感器输出的小信号进行放大的运算放大器，将信号采集处理后即可满足数字式传送条件，避免传输衰减。

进一步地，为实现各风机的定位和区别，还包括与所述的MCU通讯连接的GPS单元，所述的GPS单元同样由电源管理模块进行供电。

实施例三

本发明所述的风电机组润滑油在线监测系统的控制方法，包括以下步骤，

1)风机发电时机械泵将齿轮箱内的油泵入监测箱体，MCU对多个传感器接口进行定时轮询采集数据，数据处理模块通过4G通讯模块利用4G网络将采集到的数据传输至云服务器；

2)若MCU判断4G信号弱于设定阈值，则使4G通讯模块待机并使能高频射频通讯模块，高频射频通讯模块与风场服务器端进行无线数据通讯，风场服务器再通过光纤或无线通讯模块与云服务器进行数据交互；

3)当4G模块信号恢复至阈值或以上，则MCU控制高频射频通讯模块待机并使能4G通讯模块以将采集到的数据直接传输至云服务器。

其中，所述的4G通讯单元为多个以同时装载多个服务商的4g卡，如同时使用联通和移动或电信的sim卡，通过采集信号强度来匹配最佳的工作网络及激活对应的4G通讯单元，其余处于待机状态。即，首选选择信号最强的4G通讯单元，当均不满足使用条件时，则切换到高频射频通讯模块，当有其中至少一个4G通讯单元满足阈值要求，则恢复至4G通讯状态。

本发明的控制方法，将数据实时采集并通过4G或者经由本地风场服务器进行数据的安全有效传送，保证数据传送的稳定性，而且，有效利用现有资源，减少基建投入，通过两种传输方式的切换，保证数据的唯一性，数据存入云平台数据库进行统一管理，能实时根据数据分析提供趋势报警灯业务服务，保证风机的运行平稳性。因为风场所建立的位置都为高山或风力较大的地方，这些地方人烟较少，所以通讯公司的信号覆盖会出现问题，有的地点甚至无4G信号，或者某个通讯公司的信号极差。采用复合的传输方式，有效提高数据的传送效果和稳定性。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种风电机组润滑油在线监测系统，其特征在于：包括监测箱体，传感器单元，数据处理模块、电源管理模块以及润滑油循环部件，所述的润滑油循环部件包括连通所述的风电机组的齿轮箱的机械泵的出油口至所述的监测箱体的采油管，以及连通所述的监测箱体和齿轮箱的回油管。

2.根据权利要求1所述的一种风电机组润滑油在线监测系统，其特征在于：所述的采油管接入监测箱体的侧面侧部，所述的采油管接入所述的监测箱体侧面顶部，所述的回油管与齿轮箱的空气滤芯。

3.根据权利要求1所述的一种风电机组润滑油在线监测系统，其特征在于：所述的传感器采集单元包括颗粒度传感器、粘度传感器、水分传感器以及介电常数传感器，所述的颗粒度传感器设置在监测箱体底部。

4.根据权利要求2所述的一种风电机组润滑油在线监测系统，其特征在于：所述的颗粒度传感器通过CAN总线将采集数据传输给无线数据传输单元，粘度传感器、水分传感器和介电常数传感器通过RS485总线将采集数据传输给无线数据传输单元。

5.根据权利要求1所述的一种风电机组润滑油在线监测系统，其特征在于：所述的电源管理模块包括与外电网连通的变压整流单元和UPS，以及向传感器提供稳定恒流输出的恒流源。

6.根据权利要求1所述的一种风电机组润滑油在线监测系统，其特征在于：所述的数据处理模块包括与传感器单元通讯连接的传感器数据采集单元，与所述的传感器数据采集单元通讯连接的MCU逻辑控制单元，以及受所述的通讯方式切换单元控制择一使能的高频射频通讯单元和4G通讯单元，所述的高频射频通讯单元和4G通讯单元分别与所述的MCU逻辑控制单元通讯连接。

7.根据权利要求6所述的一种风电机组润滑油在线监测系统，其特征在于：所述的通讯方式切换单元控制包括与所述的MCU的切换使能端电连接的开关元件，所述的高频射频通讯单元和4G通讯单元的使能端分别经开关元件与使能供电端接通。

8.根据权利要求7所述的一种风电机组润滑油在线监测系统，其特征在于：所述的开关元件包括MOS管Q17和三极管Q19，所述三极管Q19的基极经过第一电阻R149与所述的切换使能端相连；所述的高频射频通讯单元为433MHz通讯模块，所述MOS管Q17的源极与使能供电端相连；所述MOS管Q17的漏极与433MHz通讯模块的使能端相连；所述三极管Q19的集电极经过第二电阻R147与MOS管Q17的栅极相连；所述的MOS管Q17的栅极与4G通讯模块的使能端连接并经第三电阻R145与系统电源连接，所述的三极管Q19的发射极接地。

9.根据权利要求5所述的一种风电机组润滑油在线监测系统，其特征在于：传感器数据采集模块包含输入端与传感器对应相连、输出端与MCU的AD采集引脚相连以将传感器输出的小信号进行放大的运算放大器。

10.如权利要求1-9任一项所述的风电机组润滑油在线监测系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤，

1)风机发电时机械泵将齿轮箱内的油泵入监测箱体，MCU对多个传感器接口进行定时轮询采集数据，数据处理模块通过4G通讯模块利用4G网络将采集到的数据传输至云服务器；

2)若MCU判断4G信号弱于设定阈值，则使4G通讯模块待机并使能高频射频通讯模块，高频射频通讯模块与风场服务器端进行无线数据通讯，风场服务器再通过光纤或无线通讯模块与云服务器进行数据交互；

3)当4G模块信号恢复至阈值或以上，则MCU控制高频射频通讯模块待机并使能4G通讯模块以将采集到的数据直接传输至云服务器。