原標(biāo)題：大佬講解測控系統(tǒng)(五)，風(fēng)電測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案(下篇)

大佬講解測控系統(tǒng)(五)：風(fēng)電測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案(下篇)

一、引言

在風(fēng)電測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，除了基本的硬件架構(gòu)和軟件流程設(shè)計(jì)外，對于特定信號(hào)的采集與處理，如振動(dòng)噪聲信號(hào)，也是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。本篇將深入探討風(fēng)電測控系統(tǒng)中振動(dòng)噪聲信號(hào)的采集與處理方案，以及整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)。

二、振動(dòng)噪聲信號(hào)采集方案

1. 采集需求

• 在風(fēng)電測控系統(tǒng)中，對振動(dòng)噪聲信號(hào)的采集至關(guān)重要。試驗(yàn)方法往往關(guān)心多個(gè)測試點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的相位關(guān)系，因此要求系統(tǒng)能夠同步采集這些信號(hào)。

2. 采集設(shè)備

• 系統(tǒng)采用8通道的NIPXI-4472動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀進(jìn)行噪聲和振動(dòng)信號(hào)的采集。這種設(shè)備具有高精度、高靈敏度和多通道同步采集的能力。

3. 同步采集實(shí)現(xiàn)

• 為確保多個(gè)通道的同步采集，系統(tǒng)利用PXI-1050背板上的10MHz系統(tǒng)時(shí)鐘。這個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)通過PXI時(shí)鐘觸發(fā)同步總線傳遞到各個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)模塊間的時(shí)鐘同步。

• 除了時(shí)鐘信號(hào)統(tǒng)一外，還需要觸發(fā)信號(hào)來觸發(fā)各模塊同時(shí)開始工作。系統(tǒng)將插在PXI-1050機(jī)箱2槽的PXI-4472作為主板卡（Master Device），其他槽位的PXI-4472作為從板卡（Slave Device）。從主板卡發(fā)送觸發(fā)信號(hào)，該信號(hào)通過星形觸發(fā)總線（Star Trigger）到達(dá)各從板卡，確保觸發(fā)信號(hào)偏斜小于1ns，主板卡到各從板卡之間的時(shí)延不超過5ns。

4. 采集參數(shù)設(shè)置

• 根據(jù)齒輪箱測試試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)需要關(guān)心24路振動(dòng)和2路噪聲信號(hào)，因此需要使用4塊PXI-4472動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀。

• 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求每隔15分鐘進(jìn)行一次振動(dòng)噪聲信號(hào)采集和實(shí)時(shí)頻域傅立葉分析，關(guān)心的頻率分辨率為0.5Hz，帶寬為20kHz，16次譜平均。對于振動(dòng)信號(hào)，需要進(jìn)行頻帶能量計(jì)算；對于噪聲信號(hào)，需要進(jìn)行等效聲壓級(jí)計(jì)算。

三、數(shù)據(jù)處理與分析

1. 實(shí)時(shí)處理

• 在采集到振動(dòng)噪聲信號(hào)后，系統(tǒng)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。這包括對信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等預(yù)處理操作，然后進(jìn)行頻域傅立葉分析，提取信號(hào)的頻譜特征。

• 對于振動(dòng)信號(hào)，系統(tǒng)需要計(jì)算其頻帶能量；對于噪聲信號(hào)，需要計(jì)算其等效聲壓級(jí)。這些參數(shù)對于評估風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)至關(guān)重要。

2. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與回放

• 處理后的數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，以便后續(xù)的分析和查詢。同時(shí)，系統(tǒng)還需要提供數(shù)據(jù)回放功能，方便用戶查看歷史數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。

四、系統(tǒng)優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)

1. 性能優(yōu)化

• 在風(fēng)電測控系統(tǒng)中，處理器需要同時(shí)進(jìn)行流程執(zhí)行、環(huán)境參數(shù)采集、運(yùn)動(dòng)控制通信及數(shù)字I/O通信等多項(xiàng)任務(wù)。這對處理器的速度和內(nèi)存提出了更高的要求。

• 為提高系統(tǒng)性能，將監(jiān)控終端應(yīng)用程序和嵌入式實(shí)時(shí)控制器程序分開運(yùn)行。嵌入式實(shí)時(shí)控制器程序在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中獨(dú)立運(yùn)行，確保高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)采集和控制任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行。這種設(shè)計(jì)有效分流了內(nèi)存和CPU資源，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。

2. 擴(kuò)展性與可維護(hù)性

• 系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，方便用戶根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行定制和擴(kuò)展。同時(shí)，系統(tǒng)還提供了豐富的接口和協(xié)議支持，方便與其他系統(tǒng)進(jìn)行集成和通信。

• 為保證整個(gè)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、可更換性和維修簡易性，測試系統(tǒng)到現(xiàn)場傳感器執(zhí)行器之間必須具備擴(kuò)展性強(qiáng)、可靠性強(qiáng)的信號(hào)電氣連接器。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了混裝模塊連接器實(shí)現(xiàn)到現(xiàn)場的電氣連接，將信號(hào)分為環(huán)境參數(shù)、數(shù)字I/O信號(hào)及噪聲振動(dòng)信號(hào)三組電氣連接，使用DIN標(biāo)準(zhǔn)外殼和鋁制框分別封裝，接口采用線簧連接器。這種設(shè)計(jì)插拔次數(shù)大于2萬次，具有模塊化可擴(kuò)展性強(qiáng)、接觸電阻小、負(fù)載電流大、抗震性能好及插拔力輕等優(yōu)點(diǎn)。

3. 實(shí)時(shí)性與可靠性

• 風(fēng)電測控系統(tǒng)對實(shí)時(shí)性和可靠性要求極高。系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和可靠的硬件設(shè)計(jì)，確保了對聲音振動(dòng)信號(hào)的實(shí)時(shí)分析和處理。同時(shí)，系統(tǒng)還提供了多種報(bào)警和故障檢測機(jī)制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在問題，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

五、結(jié)論

本篇詳細(xì)介紹了風(fēng)電測控系統(tǒng)中振動(dòng)噪聲信號(hào)的采集與處理方案，以及整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)。通過采用NIPXI-4472動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀、PXI總線技術(shù)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高精度、高靈敏度和多通道同步采集的振動(dòng)噪聲信號(hào)采集與處理。同時(shí)，通過性能優(yōu)化、擴(kuò)展性與可維護(hù)性設(shè)計(jì)以及實(shí)時(shí)性與可靠性保障等措施，系統(tǒng)滿足了風(fēng)電測控系統(tǒng)對高精度、高可靠性和實(shí)時(shí)性的要求。未來，隨著風(fēng)電行業(yè)的不斷發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，風(fēng)電測控系統(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。