楊宇等

摘 要：針對大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組對振動監(jiān)控的要求，設(shè)計了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)中設(shè)計采集振動數(shù)據(jù)電路，并將數(shù)據(jù)送入以DSP為控制器的系統(tǒng)中，得到經(jīng)算法分析后的有效數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)還在PC電腦上編寫了上位機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)，使得DSP系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)在上位機(jī)上顯示，經(jīng)在實驗平臺上和現(xiàn)場儀器對比測量，效果良好。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)；振動監(jiān)控；DSP控制器；上位機(jī)

引言

隨著能源危機(jī)問題的凸顯和可再生能源的逐步使用，風(fēng)力發(fā)電被認(rèn)為是目前最為成熟和高效的新能源發(fā)電技術(shù)之一。而機(jī)組振動的監(jiān)測是保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常運行的重要組成那個部分。為了方便對新建機(jī)組進(jìn)行后續(xù)的設(shè)備故障診斷分析，設(shè)計了一整套完整的系統(tǒng)，并在實際的機(jī)組上實際使用并測量，達(dá)到了較好的測試效果。對解決工程中的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷提供了可靠的實踐依據(jù)。

1 振動監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

系統(tǒng)由上位機(jī)與下位機(jī)及測速電路，ADC采樣電路及其調(diào)理電路組成。其中下位機(jī)是由DSP嵌入式系統(tǒng)組成。

1.1 嵌入式DSP系統(tǒng)

DSP是數(shù)字信號處理器（Digital Signal processor）的簡稱，該類芯片主要具有以下三大特點：

（1）哈佛總線結(jié)構(gòu)，專用乘法器，獨特的DSP指令系統(tǒng)以及先進(jìn)的集成電路優(yōu)化設(shè)計，使得DSP具有快速的指令周期。（2）流水線操作技術(shù)使兩個或更多不同的操作可以重疊執(zhí)行，從而在不減小時鐘周期的條件下縮短了每條指令的執(zhí)行時間，增強了處理器的數(shù)據(jù)處理能力。（3）多機(jī)并行運行特性。DSP芯片的單機(jī)處理能力是有限的，而隨著DSP芯片價格的不斷降低和應(yīng)用的廣泛，多個DSP芯片并行處理已成為可能，可以運用這一特性，達(dá)到良好的高速實時處理的要求。

1.2 傳感器信號輸入電路

隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)傳感器的集成度和穩(wěn)定性進(jìn)一步提升。振動傳感器選用的是壓電式加速度傳感器，型號為CA-YD108。該類傳感器精度較高，抗干擾能力較好，頻率響應(yīng)較寬，與之配套的調(diào)理器為YE5859B。

1.3 轉(zhuǎn)速測量電路

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速時由風(fēng)輪機(jī)外接的增量式旋轉(zhuǎn)光電碼盤測量得到的，其內(nèi)部算法為M/T法測速。M/T法測速要求：既檢測Tc時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個數(shù)M1，又檢測同一時間間隔的高頻時鐘個數(shù)M2，用來計算轉(zhuǎn)速，稱做M/T法測速。

電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n=■。

采用M/T法測速時，應(yīng)保證高頻時鐘脈沖計數(shù)器與旋轉(zhuǎn)編碼器輸出脈沖計數(shù)器同時開啟與關(guān)閉，以減小誤差，只有等到編碼器輸出脈沖時，兩計數(shù)器才可以開始計數(shù)或者停止計數(shù)。M/T法測速的測速范圍要遠(yuǎn)大于M法測速和T法測速。

2 系統(tǒng)振動測點的布置

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的振動信號是風(fēng)電機(jī)組機(jī)械設(shè)備異常及故障信息的載體，那么選擇合理的監(jiān)測點及監(jiān)測方法是獲取有效故障信息的重要條件。因此，監(jiān)測點選取的合理性會直接關(guān)系到能否對故障狀態(tài)做出正確的監(jiān)測。根據(jù)國家能源局于2011年8月6號批準(zhǔn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動狀態(tài)監(jiān)測導(dǎo)則（NB/T31004-2011）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具體給出風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動狀態(tài)監(jiān)測測點的最低要求如表1所示。圖1為測點安裝位置簡圖。

3 系統(tǒng)的實現(xiàn)

PC機(jī)監(jiān)測軟件：

（1）編寫與下位機(jī)DSP系統(tǒng)，通信接口程序。

（2）對所接收到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)重組及校驗。

（3）顯示重組后的數(shù)據(jù)，設(shè)置報警功能（可自由設(shè)置報警閥線），并且能夠保持重組數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)通信

DSPSCIA串行通信的具體步驟如下：

（1）初始化DSP系統(tǒng)。

（2）配置SCIA串行通信模塊：設(shè)置GPIO復(fù)用引腳、SCIA通信格式、波特率、中斷使能等。

（3）將所需發(fā)送的16位整形數(shù)據(jù)拆分成，高8位和低8位。

（4）根據(jù)數(shù)據(jù)類型及通信協(xié)議編寫數(shù)據(jù)載入及校驗程序，當(dāng)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，判斷數(shù)據(jù)的類型，并且載入和校驗計算完成后，發(fā)送所載入的數(shù)據(jù)及校驗數(shù)據(jù)，并且等待下批數(shù)據(jù)。其流程圖如圖3所示。

5 PC監(jiān)測程序設(shè)計

上位機(jī)通信接收，采用VB中MSComm控件實現(xiàn)與DSP的通訊，并且對數(shù)據(jù)進(jìn)行重組及校驗，采用MCGS組態(tài)軟件設(shè)計監(jiān)測界面，通過調(diào)用VB串口所接收到的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示等功能。實驗條件，對旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動分析及故障實驗平臺的軸進(jìn)行系統(tǒng)的整體調(diào)試，調(diào)理器采用YE5853A，壓電式加速度傳感器CA-YD-108/117，光電碼盤型號為E6C2-CWZ6C，電機(jī)轉(zhuǎn)速為1500rpm。具體連接圖，如圖4所示。

6 結(jié)束語

本系統(tǒng)經(jīng)過在實驗室振動臺上測試，并取得實驗數(shù)據(jù)。后使用成熟振動測試儀器測量數(shù)據(jù)，兩者的實驗數(shù)據(jù)誤差較小，達(dá)到了測量要求并較好的對振動數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，直接幫助振動分析與故障診斷。

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