風電軸承測試數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)的設計

馬德鋒，崔春桃，徐振宇

(1.洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039； 2.洛陽市質(zhì)量技術監(jiān)督局，河南 洛陽 471003)

中國風力發(fā)電行業(yè)發(fā)展前景廣闊，預計未來很長一段時間都將保持高速發(fā)展?！笆濉逼陂g，我國風力發(fā)電新增裝機仍將繼續(xù)保持較快增長，風電場建設、并網(wǎng)發(fā)電、風電設備制造等領域成為投資熱點，市場前景看好[1]。風力發(fā)電機組軸承作為風力發(fā)電機組的主要零部件，其可靠性決定著主機的運行性能及使用壽命，由于大型風電軸承工況比較復雜，溫度、濕度和軸承載荷變化很大，所以，人工巡檢危險性高且效率低。

數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)主要解決大型風電軸承在線監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾y題。通過無線射頻技術，將監(jiān)測終端采集的軸承運行狀態(tài)參數(shù)傳送到遠程監(jiān)控室的上位機，上位機通過分析狀態(tài)參數(shù)判斷風電軸承的運行狀態(tài)是否正常，為風電軸承運行故障預警提供依據(jù)，并可依此改進軸承設計參數(shù)、加工工藝和潤滑等影響軸承運行可靠性的因素，從而進一步提高大型風電軸承在復雜環(huán)境下運行的穩(wěn)定性及可靠性。

1 系統(tǒng)原理

無線傳輸系統(tǒng)可實時監(jiān)測大型風電軸承運行的溫度、振動、偏移量和轉速，主要由現(xiàn)場監(jiān)測終端和主監(jiān)控室兩大部分組成。現(xiàn)場監(jiān)測終端安裝在被監(jiān)測的風電軸承系統(tǒng)上，將溫度傳感器、振動傳感器、位移傳感器和轉速傳感器所采集到的數(shù)據(jù)通過射頻技術發(fā)送出去，然后通過接收終端傳送到上位機，由上位機把相關傳感器數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫或以其他格式存儲于電腦中。系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。

圖1 無線傳輸系統(tǒng)原理圖

2 系統(tǒng)設計

2.1 硬件設計

由于現(xiàn)場終端需要同時采集4路模擬信號，通過功能與性價比等各項要素，最終選用DTD110FC現(xiàn)場終端數(shù)據(jù)采集模塊，該模塊提供1～4路0～5 V模擬量輸入，可對傳感器輸出的電壓信號進行采集，同時擁有無線收發(fā)數(shù)據(jù)功能，傳輸距離可以達到2 000 m以上，DTD110FC發(fā)射模塊的結構如圖2所示。

圖2 DTD110FC發(fā)射模塊結構圖

該模塊能與DTD433C無線接收終端組成無線數(shù)傳單元，現(xiàn)場終端可以結合接收終端向所有的DTD110FC發(fā)送查詢指令，DTD110FC收到查詢指令后將采集到的4路傳感器信號發(fā)送給接收終端，再通過該接收終端自帶的RS232接口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C進行顯示和存儲。

現(xiàn)場終端和接收終端供電電源均采用外接直流電壓 9～24 V(電流大于1 A)供電，現(xiàn)場終端的外接電源由現(xiàn)場產(chǎn)生，經(jīng)過穩(wěn)壓電路獲得；接收終端的外接電源選用型號為ID-60B的開關電源，輸入電壓為220 V，輸出電壓為24 V，具有較好的紋波系數(shù)。

硬件系統(tǒng)基于FSK調(diào)制方式，采用高效前向糾錯信道編碼技術，提高數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機干擾的能力，可保證高抗干擾能力和低誤碼率[2]。

2.2 軟件設計

2.2.1 通信協(xié)議

現(xiàn)場終端：DTD110FC (輸入信號為0～5 V)

接收終端：DTD433C

工作方式：查詢模式。

串口參數(shù)：波特率9 600 bps，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，無校驗。

通信命令：用16進制表示數(shù)據(jù)。

上位機查詢數(shù)據(jù)格式如表1所示。表1中包頭占2個字節(jié)，其余各占1個字節(jié)。每次發(fā)送命令時，必須發(fā)送2組協(xié)議數(shù)據(jù)包，共10字節(jié)。如果查詢2號設備的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)格式為44 54 11 02 13 44 54 11 02 13。

表1 上位機查詢數(shù)據(jù)格式

下位機上報數(shù)據(jù)如表2所示。表2中數(shù)據(jù)標識，編號，校驗和各占1個字節(jié)，其余各占2個字節(jié)。每次接收數(shù)據(jù)時，接收2組協(xié)議數(shù)據(jù)包，共26字節(jié)。

表2 下位機上報數(shù)據(jù)格式

X1，y1是第一通道電壓的轉換數(shù)據(jù)：V1=(X1+256*y1)*5000/4096 (mV)，其他通道與第一通道的計算方法一致。CC為55+nn+X1+y1+X2+y2+X3+y3+X4+y4的單字節(jié)校驗和。

2.2.2 程序設計

LabWindows/CVI是一個完全的ANSIC開發(fā)環(huán)境，主要用于儀器控制、自動檢測、數(shù)據(jù)處理[3]。無線傳輸系統(tǒng)的軟件開發(fā)基于LabWindows/CVI開發(fā)平臺。系統(tǒng)主界面如圖3所示。系統(tǒng)的程序設計流程如圖4所示。

圖3 無線傳輸系統(tǒng)主界面

圖4 無線傳輸系統(tǒng)程序設計流程圖

系統(tǒng)初始化程序代碼為：OpenComConfig(1,"",9600,0,8,1,32767,32767);

數(shù)據(jù)采集程序代碼為

for(j=0;j<10;j++)

{

ComWrtByte(1,command[j]);//發(fā)送

}

其中 command[10]={0x44,0x54,0x11,0x02,0x13,0x44,0x54,0x11,0x02,0x13}。

數(shù)據(jù)接收時的程序代碼為：

strLen=GetInQLen(1);//判斷接收數(shù)據(jù)長度

if(strLen==26)

{

for(i=0;i

{

data[i]=ComRdByte(1);

}

}

else

{

MessagePopup ("Warning!","無接收數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)錯誤！");

}

接收到數(shù)據(jù)后，直接把數(shù)據(jù)進行轉化顯示在系統(tǒng)界面上，轉換和顯示接收到的2號設備第1路信號(模擬電壓信號)的程序代碼為：

abcd[k]=a1=(data[4]+256*data[5])*5000.0/4096/1000;

SetCtrlVal(PANEL,PANEL_NUMERIC_5,a1);

PlotStripChart (PANEL,PANEL_STRIPCHART,abcd, 1, 0, 0, VAL_DOUBLE)。

用戶只需在控制室的電腦上監(jiān)測各參數(shù)的實時曲線即可判斷軸承運行狀態(tài)，直觀方便，同時系統(tǒng)會將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)實時存儲于電腦上，方便技術人員查詢。

3 結束語

經(jīng)測試，無線傳輸系統(tǒng)的傳輸數(shù)據(jù)準確，為實時巡檢運行中的大型風電軸承提供了可能。而且，無線傳輸系統(tǒng)具有更大的靈活性，不受制于固定的網(wǎng)絡拓撲結構或系統(tǒng)建設，在設備的添加、升級、擴展上享有更大的開放性?；谔摂M儀器技術開發(fā)應用軟件，直觀性強，可大大縮短系統(tǒng)開發(fā)周期，同時也能節(jié)約大量成本。