張偉 李德堂 蔣志勇 謝永和 吳百公

摘 要：新型海洋可再生能源技術(shù)在能源戰(zhàn)略中的地位和作用越來越受到重視，文章基于波浪能為動(dòng)力的水下養(yǎng)殖垃圾回收裝置對(duì)搖臂式波浪發(fā)電裝置的工作原理進(jìn)行介紹，并對(duì)波浪發(fā)電裝置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行研究，利用LabVIEW機(jī)軟件進(jìn)行上位機(jī)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過波況信息的采集驗(yàn)證了設(shè)計(jì)軟件運(yùn)行的可行性。

關(guān)鍵詞：搖臂式波浪發(fā)電裝置；數(shù)據(jù)采集；LabVIEW軟件

我國(guó)海洋能的開發(fā)程度比較低，能源的利用以及能源結(jié)構(gòu)的建設(shè)上仍然存在問題，發(fā)展海洋能發(fā)電是目前利用海洋能的一種新形勢(shì)，我國(guó)海洋能發(fā)電設(shè)備的研發(fā)在國(guó)家政策的大力支持下發(fā)展迅速[1]。

海洋發(fā)電技術(shù)的發(fā)展不僅可以推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步[2]，而且可以滿足能源改革的需求，其中波浪能儲(chǔ)量最大，發(fā)電量可達(dá)700億 kW，具有巨大的開發(fā)潛力[3]。因此，在世界能源發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)整期之際，立足我國(guó)國(guó)情，緊跟國(guó)際能源技術(shù)革命新趨勢(shì)，通過海洋新能源技術(shù)創(chuàng)新示范應(yīng)用，推動(dòng)能源生產(chǎn)和利用方式的變革，非常必要[4]。

波浪發(fā)電技術(shù)海上應(yīng)用示范效果顯著，技術(shù)成熟，發(fā)電穩(wěn)定運(yùn)行可靠，裝置不但適應(yīng)復(fù)雜的海洋環(huán)境，惡劣海況下可實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)，而且全部核心設(shè)備均安裝在平臺(tái)發(fā)電控制間，遠(yuǎn)離海面之上，消除了海水腐蝕和海生物侵襲不利因素，經(jīng)受住了多次臺(tái)風(fēng)襲擊考驗(yàn)。為此發(fā)明了一種波浪能存儲(chǔ)與自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了液壓能向電能穩(wěn)定連續(xù)的轉(zhuǎn)化[5]。支撐平臺(tái)采用自升式平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由平臺(tái)主體、樁腿構(gòu)成，確保了核心裝備全部位于水面之上，避免遭受海水的侵蝕和破壞，大大提高了裝置的可靠性。

1 波浪信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 位移傳感器選型

如圖2所示，本設(shè)計(jì)選用YF-YJ系列遠(yuǎn)測(cè)距傳感器，利用激光相位法測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)浮子垂蕩方向的位移檢測(cè)。它具有測(cè)量速度快、測(cè)量精度高等特點(diǎn)，并且產(chǎn)品體積小、接口豐富、能夠滿足不同的使用環(huán)境，適用于工業(yè)控制、檢測(cè)等領(lǐng)域。同時(shí)選擇壓力、流量、電壓、電流、壓力傳感器，通過傳感器將采集的物理信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量信號(hào)，并輸送到數(shù)據(jù)采集儀中，在上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示。本設(shè)計(jì)中通過現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將外界設(shè)備中的通信信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡中，運(yùn)行效果良好[6-7]。

1.2 多通道數(shù)據(jù)采集儀

信號(hào)采集系統(tǒng)的工作原理示意如圖2所示，多通道數(shù)據(jù)采集儀可與帶USB接口的各種臺(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、工控機(jī)連接構(gòu)成高性能的數(shù)據(jù)采集測(cè)量系統(tǒng)。該產(chǎn)品設(shè)計(jì)講究，測(cè)量精度高，速度快，編程簡(jiǎn)便，且具有USB設(shè)備體積小巧，連接方便，無需外接電源，即插即用，可帶電拔插等特有優(yōu)點(diǎn)[8]?？蓮V泛應(yīng)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工業(yè)測(cè)量控制領(lǐng)域。

本設(shè)計(jì)中波浪發(fā)電系統(tǒng)采集是通過傳感器將測(cè)試信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，信號(hào)經(jīng)調(diào)理電路調(diào)理后，利用NI數(shù)據(jù)采集卡將其轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，并傳入計(jì)算機(jī)。

2 LabVIEW的仿真與分析

2.1 LabVIEW軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)顯示部分由 LabVIEW軟件編寫的程序來完成，通過傳感器和信號(hào)處理模塊將升采集的物理信息進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并實(shí)時(shí)顯示在界面中[9-10]。綜合考慮軟件需求，軟件操作界面主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)控制操作，同時(shí)配合一些基礎(chǔ)軟件功能，如系統(tǒng)登錄、系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)分析等主要功能，如圖3所示為實(shí)現(xiàn)可視化上位機(jī)軟件，針對(duì)搖臂式波浪發(fā)電裝置的特點(diǎn)設(shè)計(jì)的上位機(jī)操作軟件。

2.2 波浪位移實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

圖4為利用上位機(jī)軟件采集的幅值為9 cm，波長(zhǎng)為4.262 4 m時(shí)的譜分析曲線。分析波浪譜曲線可得：當(dāng)波浪頻率為0.6 Hz時(shí)，最大的能量為27.72 cm2·s上位機(jī)軟件可以實(shí)時(shí)顯示采集的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，驗(yàn)證了上位機(jī)設(shè)計(jì)軟件的正確性和可行性。

3 結(jié)語

本文闡述了上位機(jī)搖臂式波浪發(fā)電裝置的工作原理，以及上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)方式。對(duì)上位機(jī)軟件的使用方法以及硬件設(shè)備的連接原理進(jìn)行了介紹，通過試驗(yàn)采集驗(yàn)證了上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)是可行的。

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