CN112697260A - 一种风电机组的振动监测装置和控制方法 - Google Patents

一种风电机组的振动监测装置和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电机组的振动监测装置和控制方法，其特征在于：包括振动检测模块、振动监控模块和上位机，振动检测模块由LPC2119微控制器、电源模块、第一CAN接口模块、存储模块和MEMS加速度传感器组成，振动监控模块由第二CAN接口模块、MC9S12DT64微控制器、Flash存储器、继电器模块、LCD液晶显示屏和GPRS通讯模块组成。本发明采用模块化设计，易于扩展，将在线监控数据用于控制和离线分析数据用于分析实时分离，既保证了数据分析的完整性，测量三轴振动数据，可以方便地设定各轴报警权值和报警频带，采用无线通讯技术为远程监控带来极大的方便。

Description

一种风电机组的振动监测装置和控制方法
技术领域
本发明属于风电机组振动技术领域，具体涉及一种风电机组的振动监测装置和控制方法。
背景技术
风力发电机组在正常运行时，就必须工作在高风条件下，风电机组必然在各个方向会有较大的振动，振动的幅度超过风电机组设计要求时，就会大大影响风电机组的运行和使用寿命，甚至对机组直接造成损坏。高性能的振动监测与分析系统可及时检测出设备运行情况，对故障进行监控和预警，设备振动监测技术可以有效地避免意外事故，节约大量维修费用，无论对安全生产还是对设备维护都具有十分重要的意义。目前，现有的风电机组的振动监测装置结构复杂，监控数据采集完整性差，而且都是采用单向振动传感器测量，检测效果差，容易出现误判，特别的，无法满足远程监控的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种风电机组的振动监测装置和控制方法，其采用模块化设计，易于扩展，将在线监控数据用于控制和离线分析数据用于分析实时分离，既保证了数据分析的完整性，测量三轴振动数据，可以方便地设定各轴报警权值和报警频带，采用无线通讯技术为远程监控带来极大的方便。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种风电机组的振动监测装置，其特征在于：包括振动检测模块、振动监控模块和上位机，所述的振动检测模块由LPC2119微控制器、电源模块、第一CAN接口模块、存储模块和MEMS加速度传感器组成，所述的电源模块和MEMS加速度传感器都与LPC2119微控制器连接，所述的第一CAN接口模块和存储模块都与LPC2119微控制器相连，所述的振动监控模块由第二CAN接口模块、MC9S12DT64微控制器、Flash存储器、继电器模块、LCD液晶显示屏和GPRS通讯模块组成，所述的第二CAN接口模块、Flash存储器和GPRS通讯模块都与MC9S12DT64微控制器连接，所述的继电器模块和LCD液晶显示屏都与MC9S12DT64微控制器连接，所述的振动检测模块中的第一CAN接口模块通过CAN总线与振动监控模块中的第二CAN接口模块相连，所述的振动监控模块中的GPRS通讯模块通过GPRS无线通信与上位机相连。
上述的振动检测模块中的存储模块由存储器FM24C64、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电容C3组成，所述的电阻R1上端与存储器FM24C64的引脚5连接，所述的电阻R2上端与存储器FM24C64的引脚6连接，所述的电阻R1下端和电阻R2下端都与电源引脚VCC连接，所述的电阻R3左端和电容C3上端都与存储器FM24C64的引脚8连接，所述的电阻R3右端与电阻R4上端连接，所述电阻R4下端和电容C3下端都接地。
上述的振动检测模块中的MEMS加速度传感器由加速度传感器LIS3LV02DQ、电容C1和电容C2组成，所述的电容C1左端、电容C2左端和加速度传感器LIS3LV02DQ的引脚11都与电源引脚VDD3.3连接，所述的电容C1右端、电容C2右端和加速度传感器LIS3LV02DQ的引脚4和引脚5都接地。
上述的振动监控模块中的Flash存储器采用AT45DB041芯片。
上述的振动监控模块中的LCD液晶显示屏采用LQ057Q3DC02液晶显示屏且LCD液晶显示屏中安装有DPK-QVTC02液晶控制器。
上述的振动监控模块中的继电器模块由电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C4、三极管T1、二极管D1、发光二极管D2和继电器RL组成，所述的电容C4下端和发光二极管D2下端都接地，所述的发光二极管D2上端与电阻R5下端连接，所述的电阻R5上端与电阻R6左端连接，所述的电阻R6右端与和电容C4上端都与电阻R7左端连接，所述的电阻R7右端与三极管T1的基极连接，所述的三极管T1的集电极分别与二极管D1下端和继电器RL线圈连接。
一种风电机组的振动监测装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：装置上电后，先对各部分进行初始化，当振动检测模块检测到外部中断时，响应中断，读取MEMS加速度传感器中的加速度值，振动检测模块中的LPC2119微控制器对加速度值进行相应处理，在通常情况下，振动检测模块对于MEMS加速度传感器测量的振动数据循环地进行检测，将所有振动数据存储到存储模块，当有中断时，进行通信处理，通过CAN通信，振动检测模块响应振动监控模块的命令，并将存储模块中的振动加速度值发送给振动监控模块；
步骤二：通过CAN通信传输到振动监控模块中的振动数据输送到MC9S12DT64微控制器中，MC9S12DT64微控制器通过对振动数据进行相应处理，判断风电机组振动是否处在风电机组正常工作范围内，并根据风电机组的实际工况以及实验数据设置故障报警闭值，在故障发生之初及时报警，以实现对风电机组的安全保护，振动监控模块同时可通过LCD液晶显示屏将采集的振动数据在时域范围内实时的进行波形显示，使得现场监控的工作人员可直观、便捷的随时掌握风电机组振动的情况，GPRS通讯模块连接通讯状态也可在液晶屏上实时显示，同时将处理后的振动数据存储在Flash存储器中；
步骤三：判断是否需启动GPRS通讯模块，如需发送数据，则通过继电器模块开启GPRS电源，进而通过GPRS无线网络发送实时数据给上位机，对于超出报警阈值的故障数据同时存储到Flash存储器，运行中还需判断是否接收到上位机的远程命令，如有则需处理由GPRS通讯模块接收到的命令。
本发明由振动检测模块、振动监控模块以及上位机三部分组成；安装在风电机组塔架上的振动检测模块主要用于检测风电机组运行时的振动情况，并将振动数据传输给振动监控模块；振动监控模块主要用于在线监控振动数据，判断振动故障；上位机用于对振动数据进行在线与离线数据分析；装置上电后，先对各部分进行初始化，当振动检测模块检测到外部中断时，响应中断，读取MEMS加速度传感器中的加速度值，振动检测模块中的LPC2119微控制器对加速度值进行相应处理，在通常情况下，振动检测模块对于MEMS加速度传感器测量的振动数据循环地进行检测，将所有振动数据存储到存储模块，当有中断时，进行通信处理，通过CAN通信，振动检测模块响应振动监控模块的命令，并将存储模块中的振动加速度值发送给振动监控模块；通过CAN通信传输到振动监控模块中的振动数据输送到MC9S12DT64微控制器中，MC9S12DT64微控制器通过对振动数据进行相应处理，判断风电机组振动是否处在风电机组正常工作范围内，并根据风电机组的实际工况以及实验数据设置故障报警闭值，在故障发生之初及时报警，以实现对风电机组的安全保护，振动监控模块同时可通过LCD液晶显示屏将采集的振动数据在时域范围内实时的进行波形显示，使得现场监控的工作人员可直观、便捷的随时掌握风电机组振动的情况，GPRS通讯模块连接通讯状态也可在液晶屏上实时显示，同时将处理后的振动数据存储在Flash存储器中；判断是否需启动GPRS通讯模块，如需发送数据，则通过继电器模块开启GPRS电源，进而通过GPRS无线网络发送实时数据给上位机，对于超出报警阈值的故障数据同时存储到Flash存储器，运行中还需判断是否接收到上位机的远程命令，如有则需处理由GPRS通讯模块接收到的命令。
本发明的优点在于以下几点：
(1)采用模块化设计，易于扩展，扩大了其应用范围；
(2)将在线监控数据用于控制和离线分析数据用于分析实时分离，根据不同需要完成不同功能，既保证了数据分析的完整性，全方位地分析了设备整体运行状况，又不损失控制数据的实时性，可以大大提高控制的准确性，减少了误报警的几率，提升了监控质量；
(3)该装置测量三轴振动数据，并且根据测试点不同，可以方便地设定各轴报警权值和报警频带，更能准确全面地反映机组的振动情况，在测量精度上也比目前使用的振动检测系统要高；
(4)采用无线通讯技术非常适合风电机组的实际运行情况，为远程监控带来极大的方便。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明振动检测模块的结构示意图；
图3是本发明振动监控模块的结构示意图；
图4是本发明存储模块的电路原理图；
图5是本发明MEMS加速度传感器的电路原理图；
图6是本发明继电器模块的电路原理图。
其中的附图标记为：振动检测模块1、LPC2119微控制器11、电源模块12、第一CAN接口模块13、存储模块14、MEMS加速度传感器15、振动监控模块2、第二CAN接口模块21、MC9S12DT64微控制器22、Flash存储器23、继电器模块24、LCD液晶显示屏25、GPRS通讯模块26、上位机3。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步说明：
实施例一：
一种风电机组的振动监测装置，其特征在于：包括振动检测模块1、振动监控模块2和上位机3，所述的振动检测模块1由LPC2119微控制器11、电源模块12、第一CAN接口模块13、存储模块14和MEMS加速度传感器15组成，所述的电源模块12和MEMS加速度传感器15都与LPC2119微控制器11连接，所述的第一CAN接口模块13和存储模块14都与LPC2119微控制器11相连，所述的振动监控模块2由第二CAN接口模块21、MC9S12DT64微控制器22、Flash存储器23、继电器模块24、LCD液晶显示屏25和GPRS通讯模块26组成，所述的第二CAN接口模块21、Flash存储器23和GPRS通讯模块26都与MC9S12DT64微控制器22连接，所述的继电器模块24和LCD液晶显示屏25都与MC9S12DT64微控制器22连接，所述的振动检测模块1中的第一CAN接口模块13通过CAN总线与振动监控模块2中的第二CAN接口模块21相连，所述的振动监控模块2中的GPRS通讯模块26通过GPRS无线通信与上位机3相连。
实施例中，振动检测模块1中的存储模块14由存储器FM24C64、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电容C3组成，所述的电阻R1上端与存储器FM24C64的引脚5连接，所述的电阻R2上端与存储器FM24C64的引脚6连接，所述的电阻R1下端和电阻R2下端都与电源引脚VCC连接，所述的电阻R3左端和电容C3上端都与存储器FM24C64的引脚8连接，所述的电阻R3右端与电阻R4上端连接，所述电阻R4下端和电容C3下端都接地。
实施例中，振动检测模块1中的MEMS加速度传感器15由加速度传感器LIS3LV02DQ、电容C1和电容C2组成，所述的电容C1左端、电容C2左端和加速度传感器LIS3LV02DQ的引脚11都与电源引脚VDD3.3连接，所述的电容C1右端、电容C2右端和加速度传感器LIS3LV02DQ的引脚4和引脚5都接地。
实施例中，振动监控模块2中的Flash存储器23采用AT45DB041芯片。
实施例中，振动监控模块2中的LCD液晶显示屏25采用LQ057Q3DC02液晶显示屏且LCD液晶显示屏25中安装有DPK-QVTC02液晶控制器。
实施例中，振动监控模块2中的继电器模块24由电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C4、三极管T1、二极管D1、发光二极管D2和继电器RL组成，所述的电容C4下端和发光二极管D2下端都接地，所述的发光二极管D2上端与电阻R5下端连接，所述的电阻R5上端与电阻R6左端连接，所述的电阻R6右端与和电容C4上端都与电阻R7左端连接，所述的电阻R7右端与三极管T1的基极连接，所述的三极管T1的集电极分别与二极管D1下端和继电器RL线圈连接。
实施例二：
一种风电机组的振动监测装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：装置上电后，先对各部分进行初始化，当振动检测模块1检测到外部中断时，响应中断，读取MEMS加速度传感器15中的加速度值，振动检测模块1中的LPC2119微控制器11对加速度值进行相应处理，在通常情况下，振动检测模块1对于MEMS加速度传感器15测量的振动数据循环地进行检测，将所有振动数据存储到存储模块14，当有中断时，进行通信处理，通过CAN通信，振动检测模块1响应振动监控模块2的命令，并将存储模块14中的振动加速度值发送给振动监控模块2；
步骤二：通过CAN通信传输到振动监控模块2中的振动数据输送到MC9S12DT64微控制器22中，MC9S12DT64微控制器22通过对振动数据进行相应处理，判断风电机组振动是否处在风电机组正常工作范围内，并根据风电机组的实际工况以及实验数据设置故障报警闭值，在故障发生之初及时报警，以实现对风电机组的安全保护，振动监控模块2同时可通过LCD液晶显示屏25将采集的振动数据在时域范围内实时的进行波形显示，使得现场监控的工作人员可直观、便捷的随时掌握风电机组振动的情况，GPRS通讯模块26连接通讯状态也可在液晶屏上实时显示，同时将处理后的振动数据存储在Flash存储器23中；
步骤三：判断是否需启动GPRS通讯模块26，如需发送数据，则通过继电器模块24开启GPRS电源，进而通过GPRS无线网络发送实时数据给上位机3，对于超出报警阈值的故障数据同时存储到Flash存储器23，运行中还需判断是否接收到上位机3的远程命令，如有则需处理由GPRS通讯模块26接收到的命令。
本发明由振动检测模块1、振动监控模块2以及上位机3三部分组成；安装在风电机组塔架上的振动检测模块1主要用于检测风电机组运行时的振动情况，并将振动数据传输给振动监控模块2；振动监控模块2主要用于在线监控振动数据，判断振动故障；上位机3用于对振动数据进行在线与离线数据分析；装置上电后，先对各部分进行初始化，当振动检测模块1检测到外部中断时，响应中断，读取MEMS加速度传感器15中的加速度值，振动检测模块1中的LPC2119微控制器11对加速度值进行相应处理，在通常情况下，振动检测模块1对于MEMS加速度传感器15测量的振动数据循环地进行检测，将所有振动数据存储到存储模块14，当有中断时，进行通信处理，通过CAN通信，振动检测模块1响应振动监控模块2的命令，并将存储模块14中的振动加速度值发送给振动监控模块2；通过CAN通信传输到振动监控模块2中的振动数据输送到MC9S12DT64微控制器22中，MC9S12DT64微控制器22通过对振动数据进行相应处理，判断风电机组振动是否处在风电机组正常工作范围内，并根据风电机组的实际工况以及实验数据设置故障报警闭值，在故障发生之初及时报警，以实现对风电机组的安全保护，振动监控模块2同时可通过LCD液晶显示屏25将采集的振动数据在时域范围内实时的进行波形显示，使得现场监控的工作人员可直观、便捷的随时掌握风电机组振动的情况，GPRS通讯模块26连接通讯状态也可在液晶屏上实时显示，同时将处理后的振动数据存储在Flash存储器23中；判断是否需启动GPRS通讯模块26，如需发送数据，则通过继电器模块24开启GPRS电源，进而通过GPRS无线网络发送实时数据给上位机3，对于超出报警阈值的故障数据同时存储到Flash存储器23，运行中还需判断是否接收到上位机3的远程命令，如有则需处理由GPRS通讯模块26接收到的命令。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种风电机组的振动监测装置，其特征在于：包括振动检测模块(1)、振动监控模块(2)和上位机(3)，所述的振动检测模块(1)由LPC2119微控制器(11)、电源模块(12)、第一CAN接口模块(13)、存储模块(14)和MEMS加速度传感器(15)组成，所述的电源模块(12)和MEMS加速度传感器(15)都与LPC2119微控制器(11)连接，所述的第一CAN接口模块(13)和存储模块(14)都与LPC2119微控制器(11)相连，所述的振动监控模块(2)由第二CAN接口模块(21)、MC9S12DT64微控制器(22)、Flash存储器(23)、继电器模块(24)、LCD液晶显示屏(25)和GPRS通讯模块(26)组成，所述的第二CAN接口模块(21)、Flash存储器(23)和GPRS通讯模块(26)都与MC9S12DT64微控制器(22)连接，所述的继电器模块(24)和LCD液晶显示屏(25)都与MC9S12DT64微控制器(22)连接，所述的振动检测模块(1)中的第一CAN接口模块(13)通过CAN总线与振动监控模块(2)中的第二CAN接口模块(21)相连，所述的振动监控模块(2)中的GPRS通讯模块(26)通过GPRS无线通信与上位机(3)相连。
2.根据权利要求1所述的一种风电机组的振动监测装置，其特征在于：所述的振动检测模块(1)中的存储模块(14)由存储器FM24C64、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电容C3组成，所述的电阻R1上端与存储器FM24C64的引脚5连接，所述的电阻R2上端与存储器FM24C64的引脚6连接，所述的电阻R1下端和电阻R2下端都与电源引脚VCC连接，所述的电阻R3左端和电容C3上端都与存储器FM24C64的引脚8连接，所述的电阻R3右端与电阻R4上端连接，所述电阻R4下端和电容C3下端都接地。
3.根据权利要求1所述的一种风电机组的振动监测装置，其特征在于：所述的振动检测模块(1)中的MEMS加速度传感器(15)由加速度传感器LIS3LV02DQ、电容C1和电容C2组成，所述的电容C1左端、电容C2左端和加速度传感器LIS3LV02DQ的引脚11都与电源引脚VDD3.3连接，所述的电容C1右端、电容C2右端和加速度传感器LIS3LV02DQ的引脚4和引脚5都接地。
4.根据权利要求1所述的一种风电机组的振动监测装置，其特征在于：所述的振动监控模块(2)中的Flash存储器(23)采用AT45DB041芯片。
5.根据权利要求1所述的一种风电机组的振动监测装置，其特征在于：所述的振动监控模块(2)中的LCD液晶显示屏(25)采用LQ057Q3DC02液晶显示屏且LCD液晶显示屏(25)中安装有DPK-QVTC02液晶控制器。
6.根据权利要求1所述的一种风电机组的振动监测装置，其特征在于：所述的振动监控模块(2)中的继电器模块(24)由电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C4、三极管T1、二极管D1、发光二极管D2和继电器RL组成，所述的电容C4下端和发光二极管D2下端都接地，所述的发光二极管D2上端与电阻R5下端连接，所述的电阻R5上端与电阻R6左端连接，所述的电阻R6右端与和电容C4上端都与电阻R7左端连接，所述的电阻R7右端与三极管T1的基极连接，所述的三极管T1的集电极分别与二极管D1下端和继电器RL线圈连接。
7.一种权利要求1-6中任一项所述的一种风电机组的振动监测装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：装置上电后，先对各部分进行初始化，当振动检测模块(1)检测到外部中断时，响应中断，读取MEMS加速度传感器(15)中的加速度值，振动检测模块(1)中的LPC2119微控制器(11)对加速度值进行相应处理，在通常情况下，振动检测模块(1)对于MEMS加速度传感器(15)测量的振动数据循环地进行检测，将所有振动数据存储到存储模块(14)，当有中断时，进行通信处理，通过CAN通信，振动检测模块(1)响应振动监控模块(2)的命令，并将存储模块(14)中的振动加速度值发送给振动监控模块(2)；
步骤二：通过CAN通信传输到振动监控模块(2)中的振动数据输送到MC9S12DT64微控制器(22)中，MC9S12DT64微控制器(22)通过对振动数据进行相应处理，判断风电机组振动是否处在风电机组正常工作范围内，并根据风电机组的实际工况以及实验数据设置故障报警闭值，在故障发生之初及时报警，以实现对风电机组的安全保护，振动监控模块(2)同时可通过LCD液晶显示屏(25)将采集的振动数据在时域范围内实时的进行波形显示，使得现场监控的工作人员可直观、便捷的随时掌握风电机组振动的情况，GPRS通讯模块(26)连接通讯状态也可在液晶屏上实时显示，同时将处理后的振动数据存储在Flash存储器(23)中；
步骤三：判断是否需启动GPRS通讯模块(26)，如需发送数据，则通过继电器模块(24)开启GPRS电源，进而通过GPRS无线网络发送实时数据给上位机(3)，对于超出报警阈值的故障数据同时存储到Flash存储器(23)，运行中还需判断是否接收到上位机(3)的远程命令，如有则需处理由GPRS通讯模块(26)接收到的命令。
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