風(fēng)電軸承測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

馬德鋒，崔春桃，徐振宇

(1.洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039； 2.洛陽(yáng)市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，河南 洛陽(yáng) 471003)

中國(guó)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)發(fā)展前景廣闊，預(yù)計(jì)未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間都將保持高速發(fā)展?！笆濉逼陂g，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)仍將繼續(xù)保持較快增長(zhǎng)，風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)、并網(wǎng)發(fā)電、風(fēng)電設(shè)備制造等領(lǐng)域成為投資熱點(diǎn)，市場(chǎng)前景看好[1]。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸承作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要零部件，其可靠性決定著主機(jī)的運(yùn)行性能及使用壽命，由于大型風(fēng)電軸承工況比較復(fù)雜，溫度、濕度和軸承載荷變化很大，所以，人工巡檢危險(xiǎn)性高且效率低。

數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)主要解決大型風(fēng)電軸承在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾y題。通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)，將監(jiān)測(cè)終端采集的軸承運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)控室的上位機(jī)，上位機(jī)通過(guò)分析狀態(tài)參數(shù)判斷風(fēng)電軸承的運(yùn)行狀態(tài)是否正常，為風(fēng)電軸承運(yùn)行故障預(yù)警提供依據(jù)，并可依此改進(jìn)軸承設(shè)計(jì)參數(shù)、加工工藝和潤(rùn)滑等影響軸承運(yùn)行可靠性的因素，從而進(jìn)一步提高大型風(fēng)電軸承在復(fù)雜環(huán)境下運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性。

1 系統(tǒng)原理

無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大型風(fēng)電軸承運(yùn)行的溫度、振動(dòng)、偏移量和轉(zhuǎn)速，主要由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端和主監(jiān)控室兩大部分組成?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端安裝在被監(jiān)測(cè)的風(fēng)電軸承系統(tǒng)上，將溫度傳感器、振動(dòng)傳感器、位移傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器所采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)射頻技術(shù)發(fā)送出去，然后通過(guò)接收終端傳送到上位機(jī)，由上位機(jī)把相關(guān)傳感器數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)或以其他格式存儲(chǔ)于電腦中。系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。

圖1 無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)原理圖

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

由于現(xiàn)場(chǎng)終端需要同時(shí)采集4路模擬信號(hào)，通過(guò)功能與性?xún)r(jià)比等各項(xiàng)要素，最終選用DTD110FC現(xiàn)場(chǎng)終端數(shù)據(jù)采集模塊，該模塊提供1～4路0～5 V模擬量輸入，可對(duì)傳感器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行采集，同時(shí)擁有無(wú)線(xiàn)收發(fā)數(shù)據(jù)功能，傳輸距離可以達(dá)到2 000 m以上，DTD110FC發(fā)射模塊的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 DTD110FC發(fā)射模塊結(jié)構(gòu)圖

該模塊能與DTD433C無(wú)線(xiàn)接收終端組成無(wú)線(xiàn)數(shù)傳單元，現(xiàn)場(chǎng)終端可以結(jié)合接收終端向所有的DTD110FC發(fā)送查詢(xún)指令，DTD110FC收到查詢(xún)指令后將采集到的4路傳感器信號(hào)發(fā)送給接收終端，再通過(guò)該接收終端自帶的RS232接口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。

現(xiàn)場(chǎng)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(xiàn)場(chǎng)終端的外接電源由現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路獲得；接收終端的外接電源選用型號(hào)為ID-60B的開(kāi)關(guān)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(shù)。

硬件系統(tǒng)基于FSK調(diào)制方式，采用高效前向糾錯(cuò)信道編碼技術(shù)，提高數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機(jī)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(shè)計(jì)

2.2.1 通信協(xié)議

現(xiàn)場(chǎng)終端：DTD110FC (輸入信號(hào)為0～5 V)

接收終端：DTD433C

工作方式：查詢(xún)模式。

串口參數(shù)：波特率9 600 bps，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，無(wú)校驗(yàn)。

通信命令：用16進(jìn)制表示數(shù)據(jù)。

上位機(jī)查詢(xún)數(shù)據(jù)格式如表1所示。表1中包頭占2個(gè)字節(jié)，其余各占1個(gè)字節(jié)。每次發(fā)送命令時(shí)，必須發(fā)送2組協(xié)議數(shù)據(jù)包，共10字節(jié)。如果查詢(xún)2號(hào)設(shè)備的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)格式為44 54 11 02 13 44 54 11 02 13。

表1 上位機(jī)查詢(xún)數(shù)據(jù)格式

下位機(jī)上報(bào)數(shù)據(jù)如表2所示。表2中數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)，編號(hào)，校驗(yàn)和各占1個(gè)字節(jié)，其余各占2個(gè)字節(jié)。每次接收數(shù)據(jù)時(shí)，接收2組協(xié)議數(shù)據(jù)包，共26字節(jié)。

表2 下位機(jī)上報(bào)數(shù)據(jù)格式

X1，y1是第一通道電壓的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)：V1=(X1+256*y1)*5000/4096 (mV)，其他通道與第一通道的計(jì)算方法一致。CC為55+nn+X1+y1+X2+y2+X3+y3+X4+y4的單字節(jié)校驗(yàn)和。

2.2.2 程序設(shè)計(jì)

LabWindows/CVI是一個(gè)完全的ANSIC開(kāi)發(fā)環(huán)境，主要用于儀器控制、自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理[3]。無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)基于LabWindows/CVI開(kāi)發(fā)平臺(tái)。系統(tǒng)主界面如圖3所示。系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

圖3 無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)主界面

圖4 無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程圖

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

數(shù)據(jù)采集程序代碼為

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

{

ComWrtByte(1,command[j]);//發(fā)送

}

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

數(shù)據(jù)接收時(shí)的程序代碼為：

strLen=GetInQLen(1);//判斷接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

if(strLen==26)

{

for(i=0;i

{

data[i]=ComRdByte(1);

}

}

else

{

MessagePopup ("Warning!","無(wú)接收數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)錯(cuò)誤！");

}

接收到數(shù)據(jù)后，直接把數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化顯示在系統(tǒng)界面上，轉(zhuǎn)換和顯示接收到的2號(hào)設(shè)備第1路信號(hào)(模擬電壓信號(hào))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(hù)只需在控制室的電腦上監(jiān)測(cè)各參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線(xiàn)即可判斷軸承運(yùn)行狀態(tài)，直觀方便，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)于電腦上，方便技術(shù)人員查詢(xún)。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)測(cè)試，無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)的傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，為實(shí)時(shí)巡檢運(yùn)行中的大型風(fēng)電軸承提供了可能。而且，無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)具有更大的靈活性，不受制于固定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或系統(tǒng)建設(shè)，在設(shè)備的添加、升級(jí)、擴(kuò)展上享有更大的開(kāi)放性?；谔摂M儀器技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件，直觀性強(qiáng)，可大大縮短系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期，同時(shí)也能節(jié)約大量成本。