[发明专利]集成于控制系统的风力机状态监测与故障诊断系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力机在线监测与故障诊断系统及方法，特别是涉及一种集成于控制系统的风力机状态监测与故障诊断系统。

背景技术

随着风力发电机组容量的不断增长，系统结构日益复杂，不同部件之间耦合更加紧密，一个微小的故障可能传播成灾难性的大故障，引起风力机停机，甚至直接导致风力机损坏，造成巨大的经济损失，利用在线状态监测和故障诊断系统可以将损失减少到最小。

利用在线状态监测和故障诊断系统，能对风力机各易损机械部件的振动情况进行连续监测，实时获取反映风力机运行状态的信息，在对各种信息进行分析处理后，给出设备运行的状况报告和诊断结果。传统的在线状态监测和故障诊断系统没有和风力机控制系统通信或集成，需要独立的处理器（如PLC），只能通过单纯的振动数据进行故障诊断，因而仍有不足与缺陷。

如何能创设一种本发明可直接获取风速、功率、桨角，油温，偏航角度等风力机运行数据，数据提取程序可以将振动报警值传递给主控系统。

在节省成本的同时，实现基于多元信息的风力机故障诊断，且集成度高的新的集成于控制系统的风力机状态监测与故障诊断系统及方法,成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种集成于控制系统的风力机状态监测与故障诊断系统及方法，使其可直接从主控程序中获取风速、功率、桨角，油温，偏航角度等风力机运行数据，在节省成本的同时，实现基于多元信息的风力机故障诊断，且系统集成度高，从而克服现有的在线状态监测与故障诊断系统的不足。

为解决上述技术问题，本发明一种集成于控制系统的风力机状态监测与故障诊断系统，包括：获取风机振动信号的振动传感器；检测风机转速的转速传感器；从振动传感器、转速传感器采集信号的数据采集卡；内置主控程序、数据提取程序、数据采集程序和嵌入式C程序，并与数据采集卡通信连接的主控PLC;以及与主控PLC连接的数据服务器。

作为本发明的一种改进，所述的数据服务器同时与多个主控PLC连接。

所述的数据服务器还连接有客户端。

所述的数据服务器与PLC采集器利用风场环网并采用TCP/IP有线通信协议通信，或者采用GPRS无线通信协议通信。

所述的转速传感器采用接近开关或发电机自带的编码器。

此外，本发明还提供了应用上述系统的风力机状态监测与故障诊断方法，包括以下步骤：主控PLC的数据提取程序从主控程序中提取风力机运行状态参数；数据采集卡获取振动传感器和转速传感器的振动和转速信号，并发送至主控PLC的数据采集程序；主控PLC的嵌入式C程序对采集到的风力机运行状态参数和振动、转速信号进行计算和分析。

作为进一步改进，所述的风力机运行状态参数包括风速、功率、桨角，油温，偏航角度、发电机转速。

还包括通过所述的数据提取程序将振动报警值传递给主控程序的过程。

当主控PLC的CPU和内存使用率超过80%时，数据采集卡停止工作，直至CPU和内存使用率降低到60%以下重启。

采用这样的设计后，本发明将监测系统的采集及分析模块集成于风力机控制器（如PLC）中，直接在风力机控制器中实现了振动数据的采集、数据处理与发送等，同时，监控系统还可直接提取风力机运行状态数据，如风速、功率、桨角，油温，偏航角度等参数，且不拘泥于这些参数，从而实现了基于多元信息的风力机综合故障诊断。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明集成于控制系统的风力机状态监测与故障诊断系统的组成示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明集成于控制系统的风力机状态监测与故障诊断系统，主要由振动传感器、转速传感器、数据采集卡、主控PLC和数据服务器组成。

振动传感器获取风机振动信号，转速传感器检测风机转速，数据采集卡从振动传感器、转速传感器采集信号。其中，转速传感器还可根据情况采用发电机自带的双输出编码器或接近开关，也可由主控PLC直接调用主控程序中的发电机转速信号。数据采集卡可采用和现有主控PLC同一品牌的数据采集卡进行集成，有利于接口统一和实现。

状态监测与故障诊断系统在现有的风力机控制器上进行扩展，除原有内置的主控程序和嵌入式C程序外，还集成了数据提取程序和数据采集程序，并与数据采集卡、数据服务器通信连接。