CN206329449U - 一种具有通讯故障诊断功能的风电机组载荷测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种具有通讯故障诊断功能的风电机组载荷测试系统，该测试系统包括轮毂数据采集系统、塔顶数据采集系统、气象数据采集系统、不间断电源系统、故障诊断系统和主控制系统；所述故障诊断系统包括CAN示波器；所述轮毂数据采集系统的CAN通讯节点与塔顶数据采集系统的CAN通讯节点间设置有CAN示波器；所述塔顶数据采集系统的CAN通讯节点与主系统的CAN通讯节点间设置有CAN示波器；所述气象数据采集系统的CAN通讯节点与主系统的CAN通讯节点间设置有CAN示波器。本实用新型实现了风电机组载荷测试信号通讯故障的在线实时诊断，降低了测试成本，大大增强了测试系统稳定性，提高了测试的效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及新能源接入与控制系统，具体涉及一种具有通讯故障诊断功能的风电机组载荷测试系统。
背景技术
风力发电作为可再生能源开发中技术最成熟的、最具有规模开发和商业化发展前景的发电方式之一，由于其在减轻环境污染、调整能源结构、解决偏远地区居民用电问题等方面的突出作用，越来越受到世界各国的重视并得到了广泛的开发和应用。近年来我国风力发电发展势头迅猛，风电装机每年翻番，风电机组自身的结构安全，即安全性能指标逐渐成为风电机组制造商、业主及投资商关注的焦点。
为了运用测试手段了解风电机组实际的结构全性能，IEC 61400-13：2015,Windturbines–Part 13:Measurement of mechanical loads标准给出了具体的测试方法。即同时测量气象数据(主要包括：轮毂高度风速、风向、温度、气压等)、载荷数据(主要包括：塔底俯仰与倾覆弯矩、塔顶俯仰与倾覆弯矩、塔顶扭矩、主轴弯矩、主轴扭矩、叶根摆振弯矩与挥舞弯矩)、电气数据(主要包括：有功功率、无功功率、转速、桨距角等)、其他数据(主要包括：并网、状态、故障等)，运用统计的方法得出不同风速、不同运行工况下的风电机组各个主要结构部件的载荷响应情况，将是测载荷数据与设计载荷数据进行比较分析，从而判断风电机组是否处于安全运行状态。
但是，由于测试需要采集的数据量较大、测点比较分散、测点之间的距离较长且涉及旋转部件与固定部件的通讯以及数据传输问题，测试系统往往采用布线，通过CAN BUS信号进行传输。但是，由于风电机组本身的电磁干扰，接地不正确等因素，经常会出现由于通讯故障导致的系统故障，直接导致测试周期正常，测试成本增加。
为克服上述缺陷，需要提供一种具有通讯故障诊断功能的风电机组载荷测试系统，以实现对不同子系统之间的CAN通讯信号进行在线读取诊断。
实用新型内容
本实用新型基于CAN示波器技术，结合风电机组载荷测试相关标准及其实际应用，设计了一种基于CAN示波器的风电机组载荷测试系统通讯故障诊断装置，解决了风电机组载荷测试过程中通讯故障的问题。
本实用新型提供一种具有通讯故障诊断功能的风电机组载荷测试系统，该测试系统包括轮毂数据采集系统、塔顶数据采集系统、气象数据采集系统、不间断电源系统、故障诊断系统和主控制系统；
所述故障诊断系统包括CAN示波器；
所述轮毂数据采集系统、塔顶数据采集系统、气象数据采集系统、故障诊断系统和主控制系统均设有CAN通讯节点。
所述轮毂数据采集系统的CAN通讯节点与塔顶数据采集系统的CAN通讯节点间设置有CAN示波器；
所述塔顶数据采集系统的CAN通讯节点与主系统的CAN通讯节点间设置有CAN示波器；
所述气象数据采集系统的CAN通讯节点与主系统的CAN通讯节点间设置有CAN示波器。
所述CAN示波器，用于对通讯节点上的CAN报文数据进行读取，通过分析报文的相关信息，判断通讯信号是否正常。
所述CAN示波器包括：CAN高信号接口、CAN低信号接口、CAN地信号接口、VGA转换模块、低通滤波模块、CAN传送控制器、FPGA模块和显示模块；
所述CAN高信号接口和CAN低信号接口分别与CAN传送控制器串联；
CAN传送控制器串联与FPGA模块串联；
CAN高信号接口与VGA转换模块、低通滤波模块和FPGA模块串联；
CAN低信号接口与VGA转换模块、低通滤波模块和FPGA模块串联。
轮毂数据采集系统的信号区包括信号采集模块、CAN防雷模块和应变放大隔离模块；
所述CAN防雷模块和应变放大隔离模块分别与信号采集模块连接。
轮毂数据采集系统的电源区包括电源滤波模块。
轮毂数据采集系统的外设区包括照明模块和温度控制模块。
塔顶数据采集系统的信号区包括信号采集模块、光电隔离模块、CAN防雷模块、应变放大隔离模块和模拟信号模块；
所述光电隔离模块、CAN防雷模块、应变放大隔离模块和模拟信号模块分别与信号采集模块连接。
塔顶数据采集系统的电源区包括三相插座和串联的断路器模块、高频滤波模块、电源模块。
塔顶数据采集系统的外设区包括照明模块和温度控制模块。
气象数据采集系统的信号区包括数字量采集模块、模拟量采集模块、光电隔离模块、气压计模块、数字信号模块和模拟信号模块；
所述模拟量采集模块的一端接口与光电隔离模块连接，另一端接口与数字量采集模块的一端接口连接；
所述模拟信号模块与模拟量采集模块连接；
所述数字信号模块与数字量采集模块连接。
气象数据采集系统的电源区包括三相插座和串联的断路器模块、高频滤波模块、电源模块。
气象数据采集系统的外设区包括照明模块和空调模块。
所述主控制系统的信号区包括信号采集模块、光电隔离模块、应变放大隔离模块、模拟信号模块和24V高低电频模块；
所述光电隔离模块、应变隔离放大模块、模拟信号模块和24V高低电频模块分别与信号采集模块连接。
所述主控制系统的电源区包括三相插座和串联的断路器模块、高频滤波模块、电源模块。
所述主控制系统的外设区包括照明模块、空调模块、工控机模块和显示器。
所述不间断电源系统与主控制系统连接，为主控制系统供电。
与最接近的现有技术比，本实用新型提供的技术方案具有以下优异效果：
(1)本实用新型提供的技术方案，结合IEC 61400-13：2015,Wind turbines–Part13:Measurement of mechanical loads标准的要求，实现了风电机组载荷测试信号通讯故障的在线实时诊断，降低了测试成本，大大增强了测试系统稳定性，提高了测试的效率。
本实用新型提供的技术方案可以实现对不同子系统之间的CAN通讯信号进行在线读取诊断，大大节约了测试成本，缩短了测试周期，提高了测试效率。
本实用新型提供的技术方案，基于CAN示波器的CAN通讯信号诊断可以提供迅速存取信息的能力以及无需断开线缆就可以运行控制单元的能力。
附图说明
图1为本实用新型一种具有通讯故障诊断功能的风电机组载荷测试系统的结构示意图；
图2为本实用新型CAN示波器的结构示意图；
图3为本实用新型轮毂数据采集系统的结构示意图；
图4为本实用新型塔顶数据采集系统的结构示意图；
图5为本实用新型气象数据采集系统的结构示意图；
图6为本实用新型主控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细的的说明：
本实用新型提供了一种具有通讯故障诊断功能的风电机组载荷测试系统，如图1所示，该测试系统包括轮毂数据采集系统、塔顶数据采集系统、气象数据采集系统、不间断电源系统、故障诊断系统和主控制系统；
所述故障诊断系统包括CAN示波器；
所述轮毂数据采集系统、塔顶数据采集系统、气象数据采集系统、故障诊断系统和主控制系统均设有CAN通讯节点。
所述轮毂数据采集系统的CAN通讯节点与塔顶数据采集系统的CAN通讯节点间设置有CAN示波器；
所述塔顶数据采集系统的CAN通讯节点与主系统的CAN通讯节点间设置有CAN示波器；
所述气象数据采集系统的CAN通讯节点与主系统的CAN通讯节点间设置有CAN示波器。
所述CAN示波器，用于对通讯节点上的CAN报文数据进行读取，通过分析报文的相关信息，判断通讯信号是否正常。
如图2所示，所述CAN示波器包括：CAN高信号接口、CAN低信号接口、CAN地信号接口、VGA转换模块、低通滤波模块、CAN传送控制器、FPGA模块和显示模块；
所述CAN高信号接口和CAN低信号接口分别与CAN传送控制器串联；
CAN传送控制器串联与FPGA模块串联；
CAN高信号接口与VGA转换模块、低通滤波模块和FPGA模块串联；
CAN低信号接口与VGA转换模块、低通滤波模块和FPGA模块串联。
所述CAN示波器通讯时CAN高信号、CAN低信号、CAN地信号，经过VGA转换模块转换和低通滤波模块滤波，或经过CAN传送控制器，实现CAN信号的显示与输出。
CAN示波器进行通讯信号诊断包括如下步骤：
1)确定ECU(Electronic Control Unit电子控制单元)；
2)读取ECU的输入信号；
3)将输出信号写入执行器；
4)读取ECU内部信息，如故障存储的内容。
所述轮毂数据采集系统，用于采集叶片的摆振与挥舞弯矩、主轴弯矩与扭矩；
如附图3所示，轮毂数据采集系统的信号区包括信号采集模块、CAN防雷模块、防雷模块和应变放大隔离模块；
所述CAN防雷模块的一端和防雷模块的一端分别与信号采集模块连接；
所述信号防雷模块的另一端与应变放大隔离模块连接；
轮毂数据采集系统的电源区包括电源滤波模块；所述电源滤波模块分别与+24V端子排和-24V端子排连接。
轮毂数据采集系统的外设区包括照明模块和温度控制模块。
所述塔顶数据采集系统，用于采集塔筒顶部弯矩信号；
如附图4所示，塔顶数据采集系统的信号区包括信号采集模块、CAN防雷模块、光电隔离模块、防雷模块、应变放大隔离模块、模拟信号模块、信号防雷模块；
所述CAN防雷模块的一端、光电隔离模块的一端、防雷模块的一端和模拟信号模块的一端分别与信号采集模块连接；
所述防雷模块的另一端与应变放大隔离模块连接；
所述模拟信号模块的另一端通过模拟信号总线与信号防雷模块连接；
塔顶数据采集系统的电源区包括三相插座和串联的断路器模块、电源防雷模块、高频滤波模块、电源模块；
所述电源模块包括：220AC-24DC电源。
塔顶数据采集系统的外设区包括照明模块和温度控制模块。
所述气象数据采集系统采集轮毂中心高度风速、风向、温度、气压等气象信号，并将信号数据整理发送至塔底测试主系统，进行存储；
如附图5所示，气象数据采集系统的信号区包括数字量采集模块、光电隔离模块、信号防雷模块、气压计模块、风速信号模块、和模拟量采集模块；
所述模拟量采集模块的一端接口与光电隔离模块连接，另一端接口与数字量采集模块的一端接口连接；所述气压计模块与信号防雷模块连接；所述风速信号模块一端与模拟量采集模块连接，另一端与信号防雷模块的接口连接；所述数字量信号模块一端与数字量采集模块连接，另一端与信号防雷模块连接。
所述风速信号模块通过模拟信号总线与信号防雷模块的接口连接；所述数字量信号模块通过数字信号总系与信号防雷模块连接；
气象数据采集系统的电源区包括三相插座和串联的断路器模块、电源防雷模块、高频滤波模块、电源模块；
所述电源模块包括：串联的220AC-24DC电源和电源防雷模块，电源防雷模块分别与+24V端子排和-24V端子排连接。
气象数据采集系统的外设区包括照明模块和空调模块。
所述主控制系统，用于就地采集塔底应变信号，负责与各个子系统之间的无线数据传输与接收；
如附图6所示，主控制系统的信号区包括信号采集模块、光电隔离模块、应变放大隔离模块、模拟信号模块、24V高低电频模块和信号防雷模块；
所述信号采集模块一端与光电隔离模块连接；
所述应变隔离放大模块的一端、模拟信号模块的一端和24V高低电频模块的一端分别与信号采集模块连接；
所述模拟信号模块的另一端通过模拟信号总线与信号防雷模块连接；
所述24V高低电频模块的另一端通过数字信号总线与信号防雷模块连接；
主控制系统的电源区包括三相插座和串联的断路器模块、电源防雷模块、高频滤波模块、电源模块；
所述电源模块包括：220AC-24DC电源，220AC-24DC电源分别与+24V端子排和-24V端子排连接。
主控制系统的外设区包括照明模块、空调模块、工控机模块和显示器
所述主控制系统的外设区包括照明模块、空调模块、工控机模块和显示器。
最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (12)
1.一种具有通讯故障诊断功能的风电机组载荷测试系统，其特征在于，所述测试系统包括轮毂数据采集系统、塔顶数据采集系统、气象数据采集系统、不间断电源系统、故障诊断系统和主控制系统；
所述故障诊断系统包括CAN示波器；
所述轮毂数据采集系统、塔顶数据采集系统、气象数据采集系统、故障诊断系统和主控制系统均设有CAN通讯节点；
所述不间断电源系统与主控制系统连接，为主控制系统供电。
2.如权利要求1所述的风电机组载荷测试系统，其特征在于，所述CAN示波器，用于对通讯节点上的CAN报文数据进行读取，通过分析报文的相关信息，判断通讯信号是否正常。
3.如权利要求1所述的风电机组载荷测试系统，其特征在于，所述轮毂数据采集系统的CAN通讯节点与塔顶数据采集系统的CAN通讯节点间设置有CAN示波器；
所述塔顶数据采集系统的CAN通讯节点与主系统的CAN通讯节点间设置有CAN示波器；
所述气象数据采集系统的CAN通讯节点与主系统的CAN通讯节点间设置有CAN示波器。
4.如权利要求1所述的风电机组载荷测试系统，其特征在于，所述CAN示波器包括：CAN高信号接口、CAN低信号接口、CAN地信号接口、VGA转换模块、低通滤波模块、CAN传送控制器、FPGA模块和显示模块；
所述CAN高信号接口和CAN低信号接口分别与CAN传送控制器串联；
CAN传送控制器串联与FPGA模块串联；
CAN高信号接口与VGA转换模块、低通滤波模块和FPGA模块串联；
CAN低信号接口与VGA转换模块、低通滤波模块和FPGA模块串联。
5.如权利要求1所述的风电机组载荷测试系统，其特征在于，所述轮毂数据采集系统的信号区包括信号采集模块、CAN防雷模块和应变放大隔离模块；
所述CAN防雷模块和应变放大隔离模块分别与信号采集模块连接。
6.如权利要求1所述的风电机组载荷测试系统，其特征在于，所述轮毂数据采集系统的电源区包括电源滤波模块；
所述轮毂数据采集系统的外设区包括照明模块和温度控制模块。
7.如权利要求1所述的风电机组载荷测试系统，其特征在于，所述塔顶数据采集系统的信号区包括信号采集模块、光电隔离模块、CAN防雷模块、应变放大隔离模块和模拟信号模块；
所述光电隔离模块、CAN防雷模块、应变放大隔离模块和模拟信号模块分别与信号采集模块连接。
8.如权利要求1所述的风电机组载荷测试系统，其特征在于，所述塔顶数据采集系统的电源区包括三相插座和串联的断路器模块、高频滤波模块、电源模块；
所述塔顶数据采集系统的外设区包括照明模块和温度控制模块。
9.如权利要求1所述的风电机组载荷测试系统，其特征在于，所述气象数据采集系统的信号区包括数字量采集模块、模拟量采集模块、光电隔离模块、气压计模块、数字信号模块和模拟信号模块；
所述模拟量采集模块的一端接口与光电隔离模块连接，另一端接口与数字量采集模块的一端接口连接；
所述模拟信号模块与模拟量采集模块连接；
所述数字信号模块与数字量采集模块连接。
10.如权利要求1所述的风电机组载荷测试系统，其特征在于，所述气象数据采集系统的电源区包括三相插座和串联的断路器模块、高频滤波模块、电源模块；
所述气象数据采集系统的外设区包括照明模块和空调模块。
11.如权利要求1所述的风电机组载荷测试系统，其特征在于，所述主控制系统的信号区包括信号采集模块、光电隔离模块、应变放大隔离模块、模拟信号模块和24V高低电频模块；
所述光电隔离模块、应变隔离放大模块、模拟信号模块和24V高低电频模块分别与信号采集模块连接。
12.如权利要求1所述的风电机组载荷测试系统，其特征在于，所述主控制系统的电源区包括三相插座和串联的断路器模块、高频滤波模块、电源模块；
所述主控制系统的外设区包括照明模块、空调模块、工控机模块和显示器。
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