海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

胡蕊 申浩 李杰 張慶

【摘要】基于Visual Studio 2013 ASP.net MVC 架構(gòu)開發(fā)的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)，具有智能化、模塊化、可視化等功能，從數(shù)據(jù)采集、整編、統(tǒng)計(jì)分析、圖表、報(bào)告均可自動(dòng)完成，為管理和設(shè)計(jì)單位及時(shí)提供海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)監(jiān)測實(shí)時(shí)信息，為設(shè)計(jì)及決策提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】海上風(fēng)電；基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)；監(jiān)測系統(tǒng)；MVC

Development and Application of offshore wind turbine

foundation structure monitoring system

Hu Rui1，Shen Hao2，Li Jie3，Zhang Qing4

1. Shanghai Electric Power Industrial Co.， Ltd，shanghai 200002；

2.Shanghai Sheng Lan construction engineering co.， Ltd，shanghai 200002；

3. Shanghai Investigation and Design Research Institute Co.， Ltd，shanghai 200434；

4.Shanghai PuYiYa software co.， Ltd，shanghai 200439

Abstract： Offshore wind turbine foundation structure monitoring system is based on Studio Visual 2013 MVC architecture， With intelligent， modular， visualization and other functions. From the data acquisition， processing， statistical analysis， charts and reports can be automatically completed. It provides real-time information for the management and design units to provide the basis for design and decision making

Keywords： Offshore wind power； foundation structure； monitoring system； MVC

1、引言

我國海上風(fēng)電場建設(shè)目前還處于示范建設(shè)階段，現(xiàn)階段海上風(fēng)電場運(yùn)行監(jiān)控和狀態(tài)評(píng)價(jià)主要參考陸上風(fēng)機(jī)，只進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測，僅在試驗(yàn)風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)和塔筒的少量部位進(jìn)行了應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測，遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)針對海上風(fēng)電場結(jié)構(gòu)體系的狀態(tài)監(jiān)測，不能滿足對海上風(fēng)電場結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)的要求。通過振動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，海上風(fēng)機(jī)在風(fēng)、浪等海洋環(huán)境荷載以及風(fēng)機(jī)運(yùn)行振動(dòng)作用下，會(huì)出現(xiàn)明顯的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，因此對包括結(jié)構(gòu)振動(dòng)、受力特性和位移變形等在內(nèi)的海上風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)體系的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測非常重要。

結(jié)合工程結(jié)構(gòu)體系的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測，使用狀態(tài)評(píng)價(jià)方法分析結(jié)構(gòu)體系是目前國家重要橋梁、隧道等重點(diǎn)工程常用的技術(shù)。海上風(fēng)電場結(jié)構(gòu)體系型式特殊、運(yùn)行狀態(tài)復(fù)雜，目前未見針對海上風(fēng)電場結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行狀態(tài)分析評(píng)價(jià)的相關(guān)資料。有必要開展海上風(fēng)電場結(jié)構(gòu)體系的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研究與開發(fā)，為風(fēng)電場的運(yùn)行維護(hù)提供重要的技術(shù)支撐。

2、網(wǎng)絡(luò)通訊架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)物理架構(gòu)見圖1，風(fēng)場環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖2。

2.2 通訊協(xié)議

每臺(tái)風(fēng)機(jī)里的塔基數(shù)據(jù)采集PLC與監(jiān)控中心里的塔基數(shù)據(jù)監(jiān)測服務(wù)器之間采用Modbus TCP通訊協(xié)議，服務(wù)器為主，各個(gè)采集PLC為從。采集PLC負(fù)責(zé)采集所有傳感器系統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)，并按照事先制定好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將各個(gè)變量規(guī)整到控制器內(nèi)存中。服務(wù)器周期性的訪問各個(gè)風(fēng)機(jī)的采集PLC，讀取PLC內(nèi)所有的檢測數(shù)據(jù)，存入數(shù)據(jù)庫，再由工作站上的平臺(tái)軟件調(diào)用、分析和展示。

3、海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

4、海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

4.1 數(shù)據(jù)采集模塊

（上行）通過數(shù)據(jù)采集接口將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)采集到風(fēng)場采集數(shù)據(jù)庫中，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送到數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)接收接口，最終發(fā)送至數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫。（下行）數(shù)據(jù)中心提交控制請求或者補(bǔ)充數(shù)據(jù)請求給風(fēng)場采集代理，風(fēng)場傳輸接口將取到的采集數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)接收接口，最后進(jìn)入數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫；或者通過數(shù)據(jù)請求接口發(fā)送一條控制命令，命令傳送到風(fēng)場的控制模塊接口，控制模塊調(diào)用相應(yīng)的SCADA控制，并同時(shí)帶回SCADA的響應(yīng)結(jié)果，將結(jié)果返回給數(shù)據(jù)請求接口，最終完成一次控制操作。數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)模型如圖5所示。

圖中紅色框體表示數(shù)據(jù)接口程序；綠色框體表示控制管理程序，整個(gè)采集體系由以上兩類程序協(xié)作完成。

4.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測模塊

顯示實(shí)時(shí)總覽，包含風(fēng)場/風(fēng)機(jī)樹列表，風(fēng)場位置及基本狀態(tài)圖，實(shí)時(shí)報(bào)警顯示。顯示選定的風(fēng)場的詳細(xì)地形及風(fēng)機(jī)位置，并能顯示該風(fēng)場所有風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)監(jiān)測的實(shí)時(shí)監(jiān)測狀態(tài)。

4.3 數(shù)據(jù)分析模塊

根據(jù)查詢條件：風(fēng)場、風(fēng)機(jī)、監(jiān)測點(diǎn)、監(jiān)測項(xiàng)目、監(jiān)測起始時(shí)間、監(jiān)測結(jié)束時(shí)間等查詢條件對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，用圖表形式顯示查詢結(jié)果。針對查詢結(jié)果進(jìn)行最大、最小、平均等特征值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并用圖表形式顯示。針對查詢結(jié)果繪制監(jiān)測項(xiàng)目的過程線。通過數(shù)據(jù)導(dǎo)入替代數(shù)據(jù)查詢進(jìn)行特征值統(tǒng)計(jì)、過程線繪制，將繪制的圖表導(dǎo)出Word、Excel、圖片等格式文件。

4.4 報(bào)警管理模塊

報(bào)警管理以報(bào)警處理為中心，維護(hù)過程中不斷調(diào)整、細(xì)化、優(yōu)化各種處理規(guī)則，嚴(yán)格把握報(bào)警生成規(guī)則，才能在最大程度上解決系統(tǒng)問題。同時(shí)也為知識(shí)庫提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為統(tǒng)計(jì)查詢以及分析策略提供數(shù)據(jù)。系統(tǒng)將報(bào)警的具體配置包括以下內(nèi)容：報(bào)警代碼管理、報(bào)警分類管理、報(bào)警屬性及報(bào)警定位等方面。

4.5 配置管理模塊

風(fēng)場作為配置項(xiàng)保存在配置管理庫中，用于記錄風(fēng)場的基礎(chǔ)信息，包括名稱、風(fēng)場定位位置、項(xiàng)目編號(hào)等內(nèi)容，數(shù)據(jù)中心對其下管理的所有風(fēng)場的信息維護(hù)，給每個(gè)風(fēng)場編個(gè)號(hào)，生成的風(fēng)場號(hào)可以認(rèn)為是一個(gè)項(xiàng)目號(hào)。是風(fēng)場所有數(shù)據(jù)采集風(fēng)場編碼的參照編碼，也是檔案管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。風(fēng)場數(shù)據(jù)可從原有系統(tǒng)中導(dǎo)入，并最終取代原有系統(tǒng)的風(fēng)場管理，提供更完成的統(tǒng)一風(fēng)場管理入口。

風(fēng)機(jī)作為配置項(xiàng)保存在配置管理庫中，用于記錄風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)編號(hào)、供應(yīng)商、風(fēng)機(jī)定位經(jīng)度、風(fēng)力機(jī)定位緯度等風(fēng)機(jī)信息。數(shù)據(jù)中心對每個(gè)風(fēng)場內(nèi)部風(fēng)機(jī)級(jí)別的信息維護(hù)，就是給風(fēng)場內(nèi)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行編號(hào)，也包括回路區(qū)域的劃分（編碼格式：風(fēng)場+回路+風(fēng)力機(jī)）。是風(fēng)場所有數(shù)據(jù)采集風(fēng)機(jī)編碼的參照編碼也是檔案管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

4.6 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理的核心是從用戶及角色上控制權(quán)限，基本權(quán)限主要通過類似于組織機(jī)構(gòu)的上下角色控制。系統(tǒng)管理中包括菜單管理、用戶管理、組織機(jī)構(gòu)、角色管理及數(shù)據(jù)采集配置等幾個(gè)方面。

5、結(jié)語

利用Visual Studio 2013 ASP.net MVC框架開發(fā)的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)具有智能模塊化功能，從數(shù)據(jù)采集、整理、統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、繪圖、制表及報(bào)告生成等方面均可自動(dòng)完成，方便、直觀、快捷、高效。

該系統(tǒng)易操作，對一般人員來說，不需要特殊培訓(xùn)，即可在較短時(shí)間內(nèi)運(yùn)用該系統(tǒng)，并且因模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性，易維護(hù)。

通過該系統(tǒng)較強(qiáng)的可視化操作，對海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)監(jiān)測的狀況及變化趨勢，印象更清晰，形象和概念更直觀，為管理部門決策提供科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 杜凌云. 風(fēng)場遠(yuǎn)程監(jiān)測運(yùn)維系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 上海大中型電機(jī)， 2013（2）：40-44.

[2] 蘇玲霞. 基于B/S模式的大型海上風(fēng)電機(jī)組監(jiān)測平臺(tái)研發(fā)[D]. 電子科技大學(xué)， 2015.