原標(biāo)題：大佬講解測(cè)控系統(tǒng)(四)，風(fēng)電測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案(上篇)

大佬講解測(cè)控系統(tǒng)(四)：風(fēng)電測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案(上篇)

一、引言

測(cè)控系統(tǒng)，即測(cè)量與控制系統(tǒng)，在現(xiàn)代工業(yè)和科技領(lǐng)域中扮演著至關(guān)重要的角色。隨著風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展，風(fēng)電測(cè)控系統(tǒng)作為確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全、高效運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，其設(shè)計(jì)和應(yīng)用日益受到重視。本文將詳細(xì)介紹一種基于PXI總線技術(shù)的風(fēng)電測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

二、風(fēng)電測(cè)控系統(tǒng)概述

風(fēng)電測(cè)控系統(tǒng)主要用于監(jiān)測(cè)和控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，包括風(fēng)速、風(fēng)向、轉(zhuǎn)速、溫度、振動(dòng)等關(guān)鍵參數(shù)。通過(guò)實(shí)時(shí)采集和分析這些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以評(píng)估機(jī)組的性能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在故障，確保機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1. 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)采用上下位機(jī)架構(gòu)，上位機(jī)為監(jiān)控終端和人機(jī)界面，負(fù)責(zé)顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)警信息和控制指令的發(fā)送；下位機(jī)包含嵌入式實(shí)時(shí)控制器、信號(hào)調(diào)理模塊、環(huán)境參數(shù)采集模塊、報(bào)警檢測(cè)模塊、振動(dòng)噪聲采集模塊及通信模塊，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸。

2. 關(guān)鍵技術(shù)

• PXI總線技術(shù)：PXI（PCIeXtensions for Instrumentation）是一種基于PC的測(cè)量和自動(dòng)化平臺(tái)，結(jié)合了PCI的電氣總線特性與CompactPCI的堅(jiān)固性、模塊化及Eurocard機(jī)械封裝的特性，并增加了專門的同步總線和主要軟件特性。本系統(tǒng)采用PXI總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高性能、低成本的測(cè)控系統(tǒng)解決方案。

• LabVIEW虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)：LabVIEW是一種圖形化編程語(yǔ)言，廣泛應(yīng)用于測(cè)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。本系統(tǒng)利用LabVIEW平臺(tái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的聲音振動(dòng)分析計(jì)算和資源分流，保證了系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。

• 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：為了處理復(fù)雜的聲音振動(dòng)信號(hào)，本系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，確保了對(duì)聲音振動(dòng)信號(hào)的實(shí)時(shí)分析和處理。

3. 硬件設(shè)計(jì)

• 嵌入式控制器：選用NI公司的PXI-8106嵌入式控制器，作為系統(tǒng)的核心處理單元，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸。

• 信號(hào)調(diào)理模塊：使用SCXI模塊對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行隔離、放大、濾波等調(diào)理，提高測(cè)量精度。例如，RTD溫度輸入使用SCXI-1102和SCXI-1581模塊，壓力輸入使用SCXI-1125模塊。

• 數(shù)據(jù)采集卡：選用PXI-6221數(shù)據(jù)采集卡，通過(guò)機(jī)箱背板總線控制信號(hào)調(diào)理模塊，減少電纜連接，提高系統(tǒng)集成度和擴(kuò)展性。

• 動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀：選用PXI-4472動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀，用于采集振動(dòng)噪聲信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)噪聲的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析。

• 步進(jìn)電機(jī)和直流調(diào)速設(shè)備：通過(guò)直流調(diào)速設(shè)備控制步進(jìn)電機(jī)，模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱的實(shí)際工作狀況，進(jìn)行環(huán)境參數(shù)及噪聲振動(dòng)數(shù)據(jù)的采集和分析。

4. 軟件設(shè)計(jì)

• 監(jiān)控終端應(yīng)用程序：采用LabVIEW平臺(tái)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)用戶配置好的試驗(yàn)流程信息的下載、電磁閥的控制、直流調(diào)速器轉(zhuǎn)速的設(shè)定以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析等功能。

• 實(shí)時(shí)控制器應(yīng)用程序：運(yùn)行在嵌入式控制器上，按照自動(dòng)流程信息配置決定當(dāng)前時(shí)刻試驗(yàn)臺(tái)的操作，包括電磁閥的打開(kāi)、步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行控制等。同時(shí)，對(duì)采集到的環(huán)境參數(shù)和振動(dòng)噪聲信號(hào)進(jìn)行處理和分析，根據(jù)用戶配置的報(bào)警等級(jí)決定流程執(zhí)行跳轉(zhuǎn)到不同的安全流程。

四、系統(tǒng)工作流程

1. 試驗(yàn)準(zhǔn)備階段：用戶通過(guò)監(jiān)控終端配置試驗(yàn)流程信息，包括負(fù)載大小、電機(jī)轉(zhuǎn)速、運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)。

2. 試驗(yàn)運(yùn)行階段：

• 監(jiān)控終端將試驗(yàn)流程信息下載到嵌入式控制器。

• 嵌入式控制器根據(jù)試驗(yàn)流程信息控制步進(jìn)電機(jī)和直流調(diào)速設(shè)備，模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱的實(shí)際工作狀況。

• 數(shù)據(jù)采集卡采集溫度、壓力等環(huán)境參數(shù)以及振動(dòng)噪聲信號(hào)，并通過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行信號(hào)調(diào)理。

• 實(shí)時(shí)控制器應(yīng)用程序?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，根據(jù)用戶配置的報(bào)警等級(jí)進(jìn)行報(bào)警檢測(cè)。

3. 試驗(yàn)結(jié)束階段：

• 實(shí)時(shí)控制器應(yīng)用程序根據(jù)試驗(yàn)流程信息決定是否需要進(jìn)行振動(dòng)噪聲信號(hào)的實(shí)時(shí)分析和離線分析。

• 分析完成后，生成檢測(cè)報(bào)告，并通過(guò)監(jiān)控終端顯示給用戶。

五、系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

1. 高性能：采用PXI總線技術(shù)和LabVIEW虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了高性能的測(cè)控系統(tǒng)解決方案。

2. 高可靠性：系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和可靠的硬件設(shè)計(jì)，保證了系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。

3. 易于擴(kuò)展：PXI總線技術(shù)的模塊化設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)易于擴(kuò)展和升級(jí)，方便用戶根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行定制。

4. 用戶友好：監(jiān)控終端采用圖形化界面設(shè)計(jì)，方便用戶進(jìn)行操作和監(jiān)控。

六、結(jié)論

本文介紹了一種基于PXI總線技術(shù)的風(fēng)電測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)通過(guò)直流調(diào)速設(shè)備控制電機(jī)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境模擬，并對(duì)采集到的環(huán)境參數(shù)及噪聲振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最后生成檢測(cè)報(bào)告。系統(tǒng)采用上下位機(jī)架構(gòu)，利用PXI總線技術(shù)、LabVIEW虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高性能、高可靠性的測(cè)控系統(tǒng)解決方案。未來(lái)，隨著風(fēng)電行業(yè)的不斷發(fā)展，風(fēng)電測(cè)控系統(tǒng)將在保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全、高效運(yùn)行方面發(fā)揮更加重要的作用。