原標題：大佬講解測控系統(tǒng)(四)，風電測控系統(tǒng)設計方案(上篇)

大佬講解測控系統(tǒng)(四)：風電測控系統(tǒng)設計方案(上篇)

一、引言

測控系統(tǒng)，即測量與控制系統(tǒng)，在現(xiàn)代工業(yè)和科技領域中扮演著至關重要的角色。隨著風電行業(yè)的快速發(fā)展，風電測控系統(tǒng)作為確保風力發(fā)電機組安全、高效運行的關鍵技術，其設計和應用日益受到重視。本文將詳細介紹一種基于PXI總線技術的風電測控系統(tǒng)設計方案。

二、風電測控系統(tǒng)概述

風電測控系統(tǒng)主要用于監(jiān)測和控制風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)，包括風速、風向、轉速、溫度、振動等關鍵參數(shù)。通過實時采集和分析這些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以評估機組的性能，及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在故障，確保機組的穩(wěn)定運行。

三、系統(tǒng)設計方案

1. 系統(tǒng)架構

本系統(tǒng)采用上下位機架構，上位機為監(jiān)控終端和人機界面，負責顯示實時數(shù)據(jù)、報警信息和控制指令的發(fā)送；下位機包含嵌入式實時控制器、信號調理模塊、環(huán)境參數(shù)采集模塊、報警檢測模塊、振動噪聲采集模塊及通信模塊，負責數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸。

2. 關鍵技術

• PXI總線技術：PXI（PCIeXtensions for Instrumentation）是一種基于PC的測量和自動化平臺，結合了PCI的電氣總線特性與CompactPCI的堅固性、模塊化及Eurocard機械封裝的特性，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，實現(xiàn)了高性能、低成本的測控系統(tǒng)解決方案。

• LabVIEW虛擬儀器軟件開發(fā)平臺：LabVIEW是一種圖形化編程語言，廣泛應用于測控系統(tǒng)的開發(fā)。本系統(tǒng)利用LabVIEW平臺設計系統(tǒng)的軟硬件結構，實現(xiàn)了復雜的聲音振動分析計算和資源分流，保證了系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠地運行。

• 實時操作系統(tǒng)：為了處理復雜的聲音振動信號，本系統(tǒng)采用實時操作系統(tǒng)，確保了對聲音振動信號的實時分析和處理。

3. 硬件設計

• 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，負責數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸。

• 信號調理模塊：使用SCXI模塊對傳感器信號進行隔離、放大、濾波等調理，提高測量精度。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，通過機箱背板總線控制信號調理模塊，減少電纜連接，提高系統(tǒng)集成度和擴展性。

• 動態(tài)信號分析儀：選用PXI-4472動態(tài)信號分析儀，用于采集振動噪聲信號，實現(xiàn)對風力發(fā)電機組振動噪聲的實時監(jiān)測和分析。

• 步進電機和直流調速設備：通過直流調速設備控制步進電機，模擬風力發(fā)電機組齒輪箱的實際工作狀況，進行環(huán)境參數(shù)及噪聲振動數(shù)據(jù)的采集和分析。

4. 軟件設計

• 監(jiān)控終端應用程序：采用LabVIEW平臺開發(fā)，實現(xiàn)用戶配置好的試驗流程信息的下載、電磁閥的控制、直流調速器轉速的設定以及數(shù)據(jù)的存儲和分析等功能。

• 實時控制器應用程序：運行在嵌入式控制器上，按照自動流程信息配置決定當前時刻試驗臺的操作，包括電磁閥的打開、步進電機的運行控制等。同時，對采集到的環(huán)境參數(shù)和振動噪聲信號進行處理和分析，根據(jù)用戶配置的報警等級決定流程執(zhí)行跳轉到不同的安全流程。

四、系統(tǒng)工作流程

1. 試驗準備階段：用戶通過監(jiān)控終端配置試驗流程信息，包括負載大小、電機轉速、運行時間等參數(shù)。

2. 試驗運行階段：

• 監(jiān)控終端將試驗流程信息下載到嵌入式控制器。

• 嵌入式控制器根據(jù)試驗流程信息控制步進電機和直流調速設備，模擬風力發(fā)電機組齒輪箱的實際工作狀況。

• 數(shù)據(jù)采集卡采集溫度、壓力等環(huán)境參數(shù)以及振動噪聲信號，并通過信號調理模塊進行信號調理。

• 實時控制器應用程序對采集到的數(shù)據(jù)進行處理和分析，根據(jù)用戶配置的報警等級進行報警檢測。

3. 試驗結束階段：

• 實時控制器應用程序根據(jù)試驗流程信息決定是否需要進行振動噪聲信號的實時分析和離線分析。

• 分析完成后，生成檢測報告，并通過監(jiān)控終端顯示給用戶。

五、系統(tǒng)優(yōu)點

1. 高性能：采用PXI總線技術和LabVIEW虛擬儀器軟件開發(fā)平臺，實現(xiàn)了高性能的測控系統(tǒng)解決方案。

2. 高可靠性：系統(tǒng)采用實時操作系統(tǒng)和可靠的硬件設計，保證了系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠地運行。

3. 易于擴展：PXI總線技術的模塊化設計使得系統(tǒng)易于擴展和升級，方便用戶根據(jù)實際需求進行定制。

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

六、結論

本文介紹了一種基于PXI總線技術的風電測控系統(tǒng)設計方案。該系統(tǒng)通過直流調速設備控制電機對風力發(fā)電機齒輪箱產品進行實際的運行環(huán)境模擬，并對采集到的環(huán)境參數(shù)及噪聲振動數(shù)據(jù)進行分析，最后生成檢測報告。系統(tǒng)采用上下位機架構，利用PXI總線技術、LabVIEW虛擬儀器軟件開發(fā)平臺和實時操作系統(tǒng)等關鍵技術，實現(xiàn)了高性能、高可靠性的測控系統(tǒng)解決方案。未來，隨著風電行業(yè)的不斷發(fā)展，風電測控系統(tǒng)將在保障風力發(fā)電機組安全、高效運行方面發(fā)揮更加重要的作用。