風電軸承測試數據無線傳輸系統的設計

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.洛陽市質量技術監督局，河南 洛陽 471003)

中國風力發電行業發展前景廣闊，預計未來很長一段時間都將保持高速發展。“十二五”期間，我國風力發電新增裝機仍將繼續保持較快增長，風電場建設、并網發電、風電設備制造等領域成為投資熱點，市場前景看好[1]。風力發電機組軸承作為風力發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。

數據無線傳輸系統主要解決大型風電軸承在線監測數據傳輸的難題。通過無線射頻技術，將監測終端采集的軸承運行狀態參數傳送到遠程監控室的上位機，上位機通過分析狀態參數判斷風電軸承的運行狀態是否正常，為風電軸承運行故障預警提供依據，并可依此改進軸承設計參數、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境下運行的穩定性及可靠性。

1 系統原理

無線傳輸系統可實時監測大型風電軸承運行的溫度、振動、偏移量和轉速，主要由現場監測終端和主監控室兩大部分組成。現場監測終端安裝在被監測的風電軸承系統上，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據通過射頻技術發送出去，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據存入數據庫或以其他格式存儲于電腦中。系統的原理圖如圖1所示。

圖1 無線傳輸系統原理圖

2 系統設計

2.1 硬件設計

由于現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現場終端數據采集模塊，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，同時擁有無線收發數據功能，傳輸距離可以達到2 000 m以上，DTD110FC發射模塊的結構如圖2所示。

圖2 DTD110FC發射模塊結構圖

該模塊能與DTD433C無線接收終端組成無線數傳單元，現場終端可以結合接收終端向所有的DTD110FC發送查詢指令，DTD110FC收到查詢指令后將采集到的4路傳感器信號發送給接收終端，再通過該接收終端自帶的RS232接口將數據傳輸到上位機進行顯示和存儲。

現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，現場終端的外接電源由現場產生，經過穩壓電路獲得；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。

硬件系統基于FSK調制方式，采用高效前向糾錯信道編碼技術，提高數據抗突發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 通信協議

現場終端：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：波特率9 600 bps，數據位8位，停止位1位，無校驗。

通信命令：用16進制表示數據。

上位機查詢數據格式如表1所示。表1中包頭占2個字節，其余各占1個字節。每次發送命令時，必須發送2組協議數據包，共10字節。如果查詢2號設備的數據，其數據格式為44 54 11 02 13 44 54 11 02 13。

表1 上位機查詢數據格式

下位機上報數據如表2所示。表2中數據標識，編號，校驗和各占1個字節，其余各占2個字節。每次接收數據時，接收2組協議數據包，共26字節。

表2 下位機上報數據格式

X1，y1是第一通道電壓的轉換數據：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的單字節校驗和。

2.2.2 程序設計

LabWindows/CVI是一個完全的ANSIC開發環境，主要用于儀器控制、自動檢測、數據處理[3]。無線傳輸系統的軟件開發基于LabWindows/CVI開發平臺。系統主界面如圖3所示。系統的程序設計流程如圖4所示。

圖3 無線傳輸系統主界面

圖4 無線傳輸系統程序設計流程圖

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

數據采集程序代碼為

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

{

ComWrtByte(1,command[j]);//發送

}

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

數據接收時的程序代碼為：

strLen=GetInQLen(1);//判斷接收數據長度

if(strLen==26)

{

for(i=0;i

{

data[i]=ComRdByte(1);

}

}

else

{

MessagePopup ("Warning!","無接收數據或接收數據錯誤！");

}

接收到數據后，直接把數據進行轉化顯示在系統界面上，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測各參數的實時曲線即可判斷軸承運行狀態，直觀方便，同時系統會將監測到的數據實時存儲于電腦上，方便技術人員查詢。

3 結束語

經測試，無線傳輸系統的傳輸數據準確，為實時巡檢運行中的大型風電軸承提供了可能。而且，無線傳輸系統具有更大的靈活性，不受制于固定的網絡拓撲結構或系統建設，在設備的添加、升級、擴展上享有更大的開放性。基于虛擬儀器技術開發應用軟件，直觀性強，可大大縮短系統開發周期，同時也能節約大量成本。