CN217424543U - 一种集中式风机塔筒基础环振动监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集中式风机塔筒基础环振动监测系统，包括标定板、网络相机、风机交换机、风场光纤环网、继保室交换机、检测服务器、监控服务器和监控工作站；标定板固定在风机塔筒基础环的内壁上，网络相机架设在风机塔筒基础环内部的地面上，标定板在网络相机视野范围内成像，网络相机依次通过风机交换机、风场光纤环网以及继保室交换机与检测服务器通信连接；监控服务器通过继保室交换机与检测服务器通信连接。在本实用新型中，每个风机塔筒基础环仅需部署单台网络相机，其制造、安装和维护的成本非常低，硬件可靠性非常高；因此，本实用新型既能实现风机塔筒基础环的联网监测功能，又能显著降低成本、简化部署运维以及提高运行可靠性。

Description

一种集中式风机塔筒基础环振动监测系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电机的监测领域，具体涉及一种集中式风机塔筒基础环振动监测系统。

背景技术

当前风机塔筒基础环倾斜度检测需要施工人员携带专业的光学水准仪、三脚架和塔尺等工具设备，在塔筒底部进行8-16次的光学描点测量，在此过程中需一人将塔尺移动到特定位置，另一人通过瞄准镜读塔尺的刻度并进行记录，这种测量方法单人无法完成。塔筒底部环境复杂，铁质支撑架、电缆线随处可见，因此测量现场不便于完成计算工作。测量完毕之后，测量人员需返回办公场地，在电脑上通过数学模型计算，才能得到最终的检测结果。尤为重要的是，在风机运转过程中，塔基内部不宜有人员作业，否则容易造成安全事故。因此该方法不安全、成本高、效率低，而且记录数据时易产生人为误差。

利用位移传感器、角度传感器或者视觉传感器等监测设备，并通过嵌入式计算板的实时计算，可以替代人工进行风机塔筒基础环的倾斜检测或者振动检测，具备检测效率高、检测结果可靠和检测精度高等显著优点。但是，风机的运行依赖于气候的变化，短时间内的检测结果并不能全面反映风机塔筒全天候的运行工况。因此需要应用可24小时工作的自动监测设备，才能有效捕捉塔筒姿态变化的长周期动态信息，并在出现异常情况下可以及时报警，从而实现对塔筒姿态监测的无人值守。同时，风场一般坐落在风资源比较好的山地、丘陵或者平原上。在风场中的风机分布范围较广，交通不便，且恶劣气候下可能出现大雨滑坡和大雪封路等极端情况。如果安装在风机塔筒内的监测设备需要定期现场读取数据，则会给运维人员造成很大的工作难度。因此，有必要将这些监测设备进行联网，将监测数据发送到风场的继保室，以辅助值班人员进行监测。而现有的一种具体实施方案是，监测设备现场对塔筒倾斜或者振动情况进行实时测量，然后将测量所得数据通过风场的光纤环网上传到继保室的监控服务器中，值班人员在工作站上通过浏览器就可以看到现场的实时数据。这种实施方案的优点是采用了分布式边缘计算的方式，现场的每台监测设备都是彼此独立的可联网的智能检测终端，其中某台设备的故障不会影响其他设备的工作，并且对风场的光纤环网带宽占用很小。然而，这种实现方式的缺点是，单个设备的软硬件复杂、硬件成本高、部件故障率可能性高。其中，硬件成本高更制约了这种方案的市场竞争力。假设一台监测设备的市场售价是2万元起步，每个风场50台风机，则每个风场的部署成本就是100万元起步，这对风场业主是一个比较昂贵的投资，并且在同类产品中竞争并不占有价格优势，此后的运维成本也不会太低。

如何既能实现联网监测功能，又能控制成本、简化部署难度、提高运行可靠性以及降低运维成本，这是业界急需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种集中式风机塔筒基础环振动监测系统，既能实现联网监测功能，又能控制成本、简化部署难度、提高运行可靠性以及降低运维成本。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种集中式风机塔筒基础环振动监测系统，包括标定板、网络相机、风机交换机、风场光纤环网、继保室交换机、检测服务器、监控服务器和监控工作站；所述标定板固定在风机塔筒基础环的内壁上，所述网络相机架设在所述风机塔筒基础环内部的地面上，所述标定板在所述网络相机视野范围内成像，所述风机交换机以及所述继保室交换机均接入所述风场光纤环网，所述网络相机依次通过所述风机交换机、所述风场光纤环网以及所述继保室交换机与所述检测服务器通信连接；所述监控服务器通过所述继保室交换机与所述检测服务器通信连接，所述监控工作站通过所述继保室交换机与所述监控服务器通信连接。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述风机交换机部署在风机内，所述继保室交换机部署在相对所述风机远程设置的继保室内。

进一步，还包括调试设备，所述调试设备通过所述风机交换机与所述网络相机通信连接。

进一步，所述网络相机的光轴与水平面平行。

进一步，所述网络相机具体架设在所述风机塔筒基础环内部的地面中心预设范围内。

进一步，所述风机塔筒基础环设有多个，每个所述风机塔筒基础环的内壁上均固定有一个所述标定板；对应的，每个所述风机塔筒基础环的内部地面上均架设有一台所述网络相机，以及每个所述风机塔筒基础环均配设有一个所述风机交换机；各个所述风机塔筒基础环内壁上固定的所述标定板在对应的所述网络相机视野范围内成像，各个所述风机塔筒基础环内部地面上架设的所述网络相机与对应的所述风机交换机通信连接，所有所述风机塔筒基础环上配设的所述风机交换机均通过所述风场光纤环网与所述继保室交换机通信连接，所述继保室交换机还分别与所述检测服务器、所述监控服务器以及所述监控工作站通信连接。

进一步，所述检测服务器设有一台或多台；当所述检测服务器设有多台时，将所有所述风机塔筒基础环上配设的所述风机交换机分成多组风机交换机组，所述风机交换机组的组数与所述检测服务器的台数相等且一一对应，各组所述风机交换机组中的所述风机交换机均依次通过所述风场光纤环网以及所述继保室交换机与对应的所述检测服务器通信连接。

本实用新型的有益效果是：在本实用新型一种集中式风机塔筒基础环振动监测系统中，每个风机塔筒基础环仅需部署单台网络相机，其制造、安装和维护的成本非常低，硬件可靠性非常高；检测服务器可以采用普通的工控机，或者性价比高的服务器，其计算成本被均摊到了多个风机上，因此相对于采用边缘计算的方案而言，本实用新型的平均成本显著下降；由于风机塔筒基础环监测不像风机监测那样有紧急的故障响应时限，即使检测服务器损坏，也可以有充足的时间维修或者重新部署，甚至可以临时找一台普通的PC机应急。因此，本实用新型既能实现风机塔筒基础环的联网监测功能，又能显著降低成本、简化部署运维以及提高运行可靠性。

附图说明

图1为本实用新型一种集中式风机塔筒基础环振动监测系统中网络相机和标定板相对塔筒基础环的安装位置示图；

图2为本实用新型一种集中式风机塔筒基础环振动监测系统的结构示意图；

图3为一种棋盘格标定板的结构示意图；

图4为一种圆形标定板的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、标定板，2、网络相机，3、风机交换机，4、继保室交换机，5、检测服务器，6、风机塔筒基础环，7、风场光纤环网，8、监控服务器，9、监控工作站，10、调试设备。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1和图2所示，一种集中式风机塔筒基础环振动监测系统，包括标定板1、网络相机2、风机交换机3、风场光纤环网7、继保室交换机4、检测服务器5、监控服务器8和监控工作站9；所述标定板1固定在风机塔筒基础环6的内壁上，所述网络相机2架设在所述风机塔筒基础环6内部的地面上，所述标定板1在所述网络相机2的视野范围内清晰成像，所述风机交换机3以及所述继保室交换机4均接入风场光纤环网7，所述网络相机2依次通过所述风机交换机3、所述风场光纤环网7以及所述继保室交换机4与所述检测服务器5通信连接；所述监控服务器8通过所述继保室交换机4与所述检测服务器5通信连接，所述监控工作站9通过所述继保室交换机4与所述监控服务器8通信连接。

在本具体实施例中：所述标定板1包括但不限于棋盘格标定板和圆形标定板，其中，棋盘格标定板的示意图如图3所示，圆形标定板的示意图如图4所示。在本实用新型中，由于标定板是固定在风机塔筒基础环上的，所以当塔筒姿态变化时，标定板也随之变化，因此标定板的姿态变化也反映了塔筒的姿态变化。本实用新型将计算机视觉所用的标定板固定在风机塔筒基础环内壁上，使所述标定板成为所述风机塔筒基础环姿态变化的视觉监测标志；通过实时计算所述标定板的位姿来实现所述风机塔筒基础环振动监测。

在本具体实施例中：所述网络相机2的光轴与水平面平行，且所述网络相机2具体架设在所述风机塔筒基础环6内部的地面的中心。网络相机2用于实时拍摄所述标定板，得到实时的标定板图像，并将实时的标定板图像信息上传到检测服务器。本实用新型将一个标定板固定在塔筒基础环内壁上，则它的位姿即随风机塔筒基础环位姿而变化；将一个网络相机固定在塔筒地面中心附近，连续拍摄所述标定板，则可连续监测风机塔筒基础环的位姿变化。本实用新型方案采用计算机视觉的方案对塔筒振动进行监测，能及时发现异常振动，降低风机倾倒的风险，切实保证风机健康稳定地运行，具有监测精度高、制造成本低、部署成本低、维护成本低的显著优点，可24小时持续地对塔筒基础环进行振动监测。

在本具体实施例中：所述风机交换机3部署在风机内，即风机交换机3是部署在风机内部的交换机，所述风机交换机3用于将网络相机连接到场站的内部网络(即风场光纤环网7)中。

在本具体实施例中：所述继保室交换机4部署在相对所述风机远程设置的继保室内，即所述继保室交换机4是部署在继保室内的交换机；所述继保室交换机4用于将连接检测服务器5接入风场光纤环网7。

在本具体实施例中：所述检测服务器5部署在继保室内，用于处理网络相机2实时传输的标定板图像生成检测数据，即风机塔筒基础环的位姿，包括塔筒基础环在相机坐标系下的“标定板位移”、“塔筒倾斜角”和“塔筒倾斜方位角”三项监测指标；并基于塔筒基础环的初始位姿以及预先设定的指标报警阈值生成实时监测报告，并将报告上传到监控服务器8上。在本具体实施例中，检测服务器5采用普通的嵌入式主板，每帧图像的处理时间可以达到50ms。因此，检测服务器甚至可以使用像树莓派这样的硬件实现，如此则进一步降低了整个系统的实施成本。在本具体实施例中，经过计量的位移监测精度可以达到0.01～0.03mm，倾角动态监测精度可以达到0.01～0.1°，可以匹敌甚至超越市售的其他类似监测设备，同时具有更加低廉的组装成本和更加便捷的安装部署方式。

在本具体实施例中：所述风场光纤环网7是风机场站的内部网络，用于连接网络相机2和检测服务器5，其带宽可达到万兆以上。

在本具体实施例中：所述监控服务器8部署在继保室内，其用于存储所述检测服务器5传输的检测数据。

在本具体实施例中：通过监控工作站9登录监控服务器8，可以实时查看监测报告。

在本具体实施例中：本实用新型还包括调试设备10，所述调试设备10通过所述风机交换机3与所述网络相机2通信连接。所述调试设备10可对网络相机2进行标定操作和IP地址设置。

在本具体实施例中：所述部署方案中可支持部署多台网络相机2，一台检测服务器5可接收并处理多台网络相机2拍摄的标定板图像。具体的，风场内的所述风机塔筒基础环6设有多个，每个所述风机塔筒基础环6的内壁上均固定有一个所述标定板1；对应的，每个所述风机塔筒基础环6的内部地面上均架设有一台所述网络相机2，以及每个所述风机塔筒基础环6均配设有一个所述风机交换机3；各个所述风机塔筒基础环6内壁上固定的所述标定板1在对应的所述网络相机2视野范围内清晰成像，各个所述风机塔筒基础环6内部地面上架设的所述网络相机2与对应的所述风机交换机3通信连接，所有所述风机塔筒基础环6上配设的所述风机交换机3均通过所述风场光纤环网7与所述继保室交换机4通信连接，所述继保室交换机4还分别与所述检测服务器5、所述监控服务器8和所述监控工作站9通信连接。

在本具体实施例中：根据风场包含的风机数量和所述检测服务器5的成本及性能需求，所述检测服务器5可以设有一台或多台；当所述检测服务器5设有多台时，将所有所述风机塔筒基础环6上配设的所述风机交换机3分成多组风机交换机组，所述风机交换机组的组数与所述检测服务器5的台数相等且一一对应，各组所述风机交换机组中的所述风机交换机3均依次通过所述风场光纤环网7以及所述继保室交换机4与对应的所述检测服务器5通信连接。

本实用新型的可行性得益于使用一个标定板和一台单目的网络相机即可进行现场视频测量。相对于采用边缘计算方式的监测系统，本实用新型在风场部署和维护中的性价比优势更加突出。一般中型的风场会拥有50台以上的风机，小型风场也会拥有一二十台以上的风机。采用本实用新型的方案，每个风机内仅需部署单台网络摄像机，其制造、安装和维护的成本非常低，，硬件可靠性非常高。检测服务器可以采用普通的工控机，或者性价比高的服务器，其计算成本被均摊到了多个风机上，因此相对于采用边缘计算的方案而言平均成本显著下降。由于塔筒监测不像风机监测那样有紧急的故障响应时限，即使检测服务器损坏，也可以有充足的时间维修或者重新部署，甚至可以临时找一台普通的PC机应急。因此，本实用新型在实现风机塔筒基础环振动联网监测的同时，还能显著降低成本、简化部署运维以及提高运行可靠性。

需要说明的是：本实用新型中监控服务器对网络相机2实时传输的标定板图像进行处理生成检测数据(位移、倾角、方位角)所依赖的计算机程序是现有技术，本实用新型并不涉及对计算机程序的改进；本实用新型旨在保护各硬件以及各硬件之间的连接关系。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种集中式风机塔筒基础环振动监测系统，其特征在于：包括标定板、网络相机、风机交换机、风场光纤环网、继保室交换机、检测服务器、监控服务器和监控工作站；所述标定板固定在风机塔筒基础环的内壁上，所述网络相机架设在所述风机塔筒基础环内部的地面上，所述标定板在所述网络相机视野范围内成像，所述风机交换机以及所述继保室交换机均接入所述风场光纤环网，所述网络相机依次通过所述风机交换机、所述风场光纤环网以及所述继保室交换机与所述检测服务器通信连接；所述监控服务器通过所述继保室交换机与所述检测服务器通信连接，所述监控工作站通过所述继保室交换机与所述监控服务器通信连接。

2.根据权利要求1所述的集中式风机塔筒基础环振动监测系统，其特征在于：所述风机交换机部署在风机内，所述继保室交换机部署在相对所述风机远程设置的继保室内。

3.根据权利要求1所述的集中式风机塔筒基础环振动监测系统，其特征在于：还包括调试设备，所述调试设备通过所述风机交换机与所述网络相机通信连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的集中式风机塔筒基础环振动监测系统，其特征在于：所述网络相机的光轴与水平面平行。

5.根据权利要求1至3任一项所述的集中式风机塔筒基础环振动监测系统，其特征在于：所述网络相机具体架设在所述风机塔筒基础环内部的地面中心预设范围内。

6.根据权利要求1至3任一项所述的集中式风机塔筒基础环振动监测系统，其特征在于：所述风机塔筒基础环设有多个，每个所述风机塔筒基础环的内壁上均固定有一个所述标定板；对应的，每个所述风机塔筒基础环的内部地面上均架设有一台所述网络相机，以及每个所述风机塔筒基础环均配设有一个所述风机交换机；各个所述风机塔筒基础环内壁上固定的所述标定板在对应的所述网络相机视野范围内成像，各个所述风机塔筒基础环内部地面上架设的所述网络相机与对应的所述风机交换机通信连接，所有所述风机塔筒基础环上配设的所述风机交换机均通过所述风场光纤环网与所述继保室交换机通信连接，所述继保室交换机还分别与所述检测服务器、所述监控服务器以及所述监控工作站通信连接。

7.根据权利要求6所述的集中式风机塔筒基础环振动监测系统，其特征在于：所述检测服务器设有一台或多台；

当所述检测服务器设有多台时，将所有所述风机塔筒基础环上配设的所述风机交换机分成多组风机交换机组，所述风机交换机组的组数与所述检测服务器的台数相等且一一对应，各组所述风机交换机组中的所述风机交换机均依次通过所述风场光纤环网以及所述继保室交换机与对应的所述检测服务器通信连接。

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