大型風電機組狀態監測系統研究

李新生

摘 要：該文結合大型電機組運行工況實際，以通信技術、網絡技術和檢測技術為基礎，采用微型計算機作為主機，利用PLC作為從機，發揮其強大運算和邏輯功能，通過完善的軟件與硬件相結合，構成風力發電機組的狀態監測系統。

關鍵詞：風電機組 狀態監測 研究

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0020-01

對于大型風電機組來講，其狀態監測的意義不言而喻。實現狀態監測的關鍵技術包括計算機應用技術、傳感器技術、通信和網絡技術，利用這些技術可對運行中的各個設備進行實時監測，從而獲取反映運行狀態參數，通過判斷、處理、分析來預測運行狀況，同時提供報警和故障診斷信息，指導最佳運行操作，避免事故發生。

20世紀80年代以來，計算機功能的不斷強大，網絡、通信以及信息技術的進一步發展使得設備狀態監測將向著系統化、集成化方向發展，形成以設備智能管理系統作為狀態監測的基礎，完成對設備的實時監測、故障診斷功能，并針對診斷結果給出相應的整改、維修策略，并對設備進行狀態分析和可靠性水平的性能評估。

大型風電機組由于其工作現場特殊，一般風場壞境復雜惡劣，并在實際安裝運行中出現了大量的故障，嚴重影響了風力發電機的運行和效率，所以對于風電機組的實時狀態監測就顯得十分重要。

1 系統的總體設計

風力發電機組監測系統分為溫度監測、電壓監測、電流監測、功率監測、油溫監測以及機械部分等方面的檢測，將各個檢測參量部分的測量信號通過Profi-bus總線網絡送入PLC，通過PLC進行狀態顯示，并將信號通過串口通信至上位機顯示實時數據、實時曲線等。

風力發電機組監測系統分級為兩層：上位計算機監視和PLC下位控制系統，現場通過智能傳感設備采集數據，經現場通訊單元傳入上位計算機。

風力發電機組監控系統總體由上位機系統和下位機系統組成。上位機系統由兩臺計算機（構成冗余）和采用組態軟件構建的人機界面組成，下位機系統則由西門子公司的S7-300PLC部分電路、信號采集與處理電路、觸摸屏顯示電路和Profi-bus總線網絡等構成，完成對風電機組情況的全面監控，同時還可與上位機進行通信，為人機界面提供豐富的顯示內容，還可接受上位機的操作指令。

上位機系統應用與西門子控制設備配套的WinCC監控組態軟件。在本方案設計中的觸摸屏內自帶組態軟件實現控制。

2 系統硬件

本方案中整個監控系統主要包括：計算機、PLC及觸摸屏、電力監測儀表以及配套軟件等組成部分。作為工控機的計算機是上位機，其內部安裝了系統控制軟件和采集軟件，提供了人機界面，是人與控制系統對話的窗口。工控機通過網關與PLC控制系統相連，完成數據的交換與命令的傳送。PLC控制主要包括I/O部分、A/D轉換部分、通信部分、電源供給部分、CPU部分和觸摸屏，通過觸摸屏和工控機都可以實現對整個系統的手動控制。

下位機PLC控制系統的功能包含手動操作、自動操作和遠程手動遙控操作三種方式。系統在以全自動操作為主要方式且手動為輔助方式時，主要進行設備檢查、調試或維護使用。在這種方式下，按照一定的控制算法、規律預先編制的程序，電機、風扇、齒輪箱等設備的開、停，各種工況之間的切換都由可編程控制器來自動生成，無需操作人員干預。每種工況的運行時間及各種測量參數均可以在線或離線調整，每臺設備的運行狀態和每種工況進程也都可以通過以PLC為主的下位機系統進行監視。現場采集來的信號通過PLC的控制轉化即可在觸摸屏上顯示也在上位機進行屏幕顯示。這樣，既能對設備的開關量，又能對現場的數字量如發電機溫度值、功率值、電壓值等進行控制。[3]

3 系統軟件

WinCC是可用于實現自動化領域中控制和檢測任務的有力組態軟件。Wincc可將生產過程中的狀態以圖像、文字、棒狀圖、曲線、報警等形式體現，同時能夠將記錄所發生的事件、過程數據，提供歷史數據查詢，可很方便地組態產生報表格式，按時間或者事件觸發打印。

WinCC在Windows環境下，可通過DDE方式與其他應用程序進行通信。WinCC的具有開放通信協議，通過一定措施可支持多種品牌的PLC系統。組態軟件WinCC作為系統的上位機控制系統軟件如圖1所示，其畫面生動，界面友好，保持了良好的人機對話。

WinCC是一種能集中反映生產自動化和過程自動化于一體的組態軟件，實現了相互之間的融合，具有屏幕顯示、工藝流程、數據采集、設備控制、網絡數據通信、冗余雙機熱備、生成報表、歷史數據與曲線等諸多強大功能于一身，具有較好的開放性和兼容性，廣泛應用于石化、鋼鐵、礦業、電力、冶金、機械、紡織、建筑、材料、制冷、交通、通訊、食品、制造與加工業、水處理、環保、智能樓宇、實驗室等多種工業領域。

隨著電力系統智能化程度的不斷提高，風電機組狀態監測的研究也在不斷深化，新的方法不斷出現，從以前的經典方法到現在的智能化檢測，為風電電力運行提供了有力的監控檢測工具，本文結合實際提出了一種大型風電機組狀態監測的方案，在研究和實踐中取得了較好的效果。

參考文獻

[1] 肖國春，劉進軍，王兆安.電能質量及其控制技術的研究進展[J].電力電子技術，2000.

[2] 鄔寬明.現場總線技術應用選編[M].北京航空航天大學出版社，2004.

[3] 徐琳，牟道光.PLC在污水處理中的應用[J].微計算機信息，2004.endprint

摘 要：該文結合大型電機組運行工況實際，以通信技術、網絡技術和檢測技術為基礎，采用微型計算機作為主機，利用PLC作為從機，發揮其強大運算和邏輯功能，通過完善的軟件與硬件相結合，構成風力發電機組的狀態監測系統。

關鍵詞：風電機組 狀態監測 研究

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0020-01

對于大型風電機組來講，其狀態監測的意義不言而喻。實現狀態監測的關鍵技術包括計算機應用技術、傳感器技術、通信和網絡技術，利用這些技術可對運行中的各個設備進行實時監測，從而獲取反映運行狀態參數，通過判斷、處理、分析來預測運行狀況，同時提供報警和故障診斷信息，指導最佳運行操作，避免事故發生。

20世紀80年代以來，計算機功能的不斷強大，網絡、通信以及信息技術的進一步發展使得設備狀態監測將向著系統化、集成化方向發展，形成以設備智能管理系統作為狀態監測的基礎，完成對設備的實時監測、故障診斷功能，并針對診斷結果給出相應的整改、維修策略，并對設備進行狀態分析和可靠性水平的性能評估。

大型風電機組由于其工作現場特殊，一般風場壞境復雜惡劣，并在實際安裝運行中出現了大量的故障，嚴重影響了風力發電機的運行和效率，所以對于風電機組的實時狀態監測就顯得十分重要。

1 系統的總體設計

風力發電機組監測系統分為溫度監測、電壓監測、電流監測、功率監測、油溫監測以及機械部分等方面的檢測，將各個檢測參量部分的測量信號通過Profi-bus總線網絡送入PLC，通過PLC進行狀態顯示，并將信號通過串口通信至上位機顯示實時數據、實時曲線等。

風力發電機組監測系統分級為兩層：上位計算機監視和PLC下位控制系統，現場通過智能傳感設備采集數據，經現場通訊單元傳入上位計算機。

風力發電機組監控系統總體由上位機系統和下位機系統組成。上位機系統由兩臺計算機（構成冗余）和采用組態軟件構建的人機界面組成，下位機系統則由西門子公司的S7-300PLC部分電路、信號采集與處理電路、觸摸屏顯示電路和Profi-bus總線網絡等構成，完成對風電機組情況的全面監控，同時還可與上位機進行通信，為人機界面提供豐富的顯示內容，還可接受上位機的操作指令。

上位機系統應用與西門子控制設備配套的WinCC監控組態軟件。在本方案設計中的觸摸屏內自帶組態軟件實現控制。

2 系統硬件

本方案中整個監控系統主要包括：計算機、PLC及觸摸屏、電力監測儀表以及配套軟件等組成部分。作為工控機的計算機是上位機，其內部安裝了系統控制軟件和采集軟件，提供了人機界面，是人與控制系統對話的窗口。工控機通過網關與PLC控制系統相連，完成數據的交換與命令的傳送。PLC控制主要包括I/O部分、A/D轉換部分、通信部分、電源供給部分、CPU部分和觸摸屏，通過觸摸屏和工控機都可以實現對整個系統的手動控制。

下位機PLC控制系統的功能包含手動操作、自動操作和遠程手動遙控操作三種方式。系統在以全自動操作為主要方式且手動為輔助方式時，主要進行設備檢查、調試或維護使用。在這種方式下，按照一定的控制算法、規律預先編制的程序，電機、風扇、齒輪箱等設備的開、停，各種工況之間的切換都由可編程控制器來自動生成，無需操作人員干預。每種工況的運行時間及各種測量參數均可以在線或離線調整，每臺設備的運行狀態和每種工況進程也都可以通過以PLC為主的下位機系統進行監視。現場采集來的信號通過PLC的控制轉化即可在觸摸屏上顯示也在上位機進行屏幕顯示。這樣，既能對設備的開關量，又能對現場的數字量如發電機溫度值、功率值、電壓值等進行控制。[3]

3 系統軟件

WinCC是可用于實現自動化領域中控制和檢測任務的有力組態軟件。Wincc可將生產過程中的狀態以圖像、文字、棒狀圖、曲線、報警等形式體現，同時能夠將記錄所發生的事件、過程數據，提供歷史數據查詢，可很方便地組態產生報表格式，按時間或者事件觸發打印。

WinCC在Windows環境下，可通過DDE方式與其他應用程序進行通信。WinCC的具有開放通信協議，通過一定措施可支持多種品牌的PLC系統。組態軟件WinCC作為系統的上位機控制系統軟件如圖1所示，其畫面生動，界面友好，保持了良好的人機對話。

WinCC是一種能集中反映生產自動化和過程自動化于一體的組態軟件，實現了相互之間的融合，具有屏幕顯示、工藝流程、數據采集、設備控制、網絡數據通信、冗余雙機熱備、生成報表、歷史數據與曲線等諸多強大功能于一身，具有較好的開放性和兼容性，廣泛應用于石化、鋼鐵、礦業、電力、冶金、機械、紡織、建筑、材料、制冷、交通、通訊、食品、制造與加工業、水處理、環保、智能樓宇、實驗室等多種工業領域。

隨著電力系統智能化程度的不斷提高，風電機組狀態監測的研究也在不斷深化，新的方法不斷出現，從以前的經典方法到現在的智能化檢測，為風電電力運行提供了有力的監控檢測工具，本文結合實際提出了一種大型風電機組狀態監測的方案，在研究和實踐中取得了較好的效果。

參考文獻

[1] 肖國春，劉進軍，王兆安.電能質量及其控制技術的研究進展[J].電力電子技術，2000.

[2] 鄔寬明.現場總線技術應用選編[M].北京航空航天大學出版社，2004.

[3] 徐琳，牟道光.PLC在污水處理中的應用[J].微計算機信息，2004.endprint

摘 要：該文結合大型電機組運行工況實際，以通信技術、網絡技術和檢測技術為基礎，采用微型計算機作為主機，利用PLC作為從機，發揮其強大運算和邏輯功能，通過完善的軟件與硬件相結合，構成風力發電機組的狀態監測系統。

關鍵詞：風電機組 狀態監測 研究

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0020-01

對于大型風電機組來講，其狀態監測的意義不言而喻。實現狀態監測的關鍵技術包括計算機應用技術、傳感器技術、通信和網絡技術，利用這些技術可對運行中的各個設備進行實時監測，從而獲取反映運行狀態參數，通過判斷、處理、分析來預測運行狀況，同時提供報警和故障診斷信息，指導最佳運行操作，避免事故發生。

20世紀80年代以來，計算機功能的不斷強大，網絡、通信以及信息技術的進一步發展使得設備狀態監測將向著系統化、集成化方向發展，形成以設備智能管理系統作為狀態監測的基礎，完成對設備的實時監測、故障診斷功能，并針對診斷結果給出相應的整改、維修策略，并對設備進行狀態分析和可靠性水平的性能評估。

大型風電機組由于其工作現場特殊，一般風場壞境復雜惡劣，并在實際安裝運行中出現了大量的故障，嚴重影響了風力發電機的運行和效率，所以對于風電機組的實時狀態監測就顯得十分重要。

1 系統的總體設計

風力發電機組監測系統分為溫度監測、電壓監測、電流監測、功率監測、油溫監測以及機械部分等方面的檢測，將各個檢測參量部分的測量信號通過Profi-bus總線網絡送入PLC，通過PLC進行狀態顯示，并將信號通過串口通信至上位機顯示實時數據、實時曲線等。

風力發電機組監測系統分級為兩層：上位計算機監視和PLC下位控制系統，現場通過智能傳感設備采集數據，經現場通訊單元傳入上位計算機。

風力發電機組監控系統總體由上位機系統和下位機系統組成。上位機系統由兩臺計算機（構成冗余）和采用組態軟件構建的人機界面組成，下位機系統則由西門子公司的S7-300PLC部分電路、信號采集與處理電路、觸摸屏顯示電路和Profi-bus總線網絡等構成，完成對風電機組情況的全面監控，同時還可與上位機進行通信，為人機界面提供豐富的顯示內容，還可接受上位機的操作指令。

上位機系統應用與西門子控制設備配套的WinCC監控組態軟件。在本方案設計中的觸摸屏內自帶組態軟件實現控制。

2 系統硬件

本方案中整個監控系統主要包括：計算機、PLC及觸摸屏、電力監測儀表以及配套軟件等組成部分。作為工控機的計算機是上位機，其內部安裝了系統控制軟件和采集軟件，提供了人機界面，是人與控制系統對話的窗口。工控機通過網關與PLC控制系統相連，完成數據的交換與命令的傳送。PLC控制主要包括I/O部分、A/D轉換部分、通信部分、電源供給部分、CPU部分和觸摸屏，通過觸摸屏和工控機都可以實現對整個系統的手動控制。

下位機PLC控制系統的功能包含手動操作、自動操作和遠程手動遙控操作三種方式。系統在以全自動操作為主要方式且手動為輔助方式時，主要進行設備檢查、調試或維護使用。在這種方式下，按照一定的控制算法、規律預先編制的程序，電機、風扇、齒輪箱等設備的開、停，各種工況之間的切換都由可編程控制器來自動生成，無需操作人員干預。每種工況的運行時間及各種測量參數均可以在線或離線調整，每臺設備的運行狀態和每種工況進程也都可以通過以PLC為主的下位機系統進行監視。現場采集來的信號通過PLC的控制轉化即可在觸摸屏上顯示也在上位機進行屏幕顯示。這樣，既能對設備的開關量，又能對現場的數字量如發電機溫度值、功率值、電壓值等進行控制。[3]

3 系統軟件

WinCC是可用于實現自動化領域中控制和檢測任務的有力組態軟件。Wincc可將生產過程中的狀態以圖像、文字、棒狀圖、曲線、報警等形式體現，同時能夠將記錄所發生的事件、過程數據，提供歷史數據查詢，可很方便地組態產生報表格式，按時間或者事件觸發打印。

WinCC在Windows環境下，可通過DDE方式與其他應用程序進行通信。WinCC的具有開放通信協議，通過一定措施可支持多種品牌的PLC系統。組態軟件WinCC作為系統的上位機控制系統軟件如圖1所示，其畫面生動，界面友好，保持了良好的人機對話。

WinCC是一種能集中反映生產自動化和過程自動化于一體的組態軟件，實現了相互之間的融合，具有屏幕顯示、工藝流程、數據采集、設備控制、網絡數據通信、冗余雙機熱備、生成報表、歷史數據與曲線等諸多強大功能于一身，具有較好的開放性和兼容性，廣泛應用于石化、鋼鐵、礦業、電力、冶金、機械、紡織、建筑、材料、制冷、交通、通訊、食品、制造與加工業、水處理、環保、智能樓宇、實驗室等多種工業領域。

隨著電力系統智能化程度的不斷提高，風電機組狀態監測的研究也在不斷深化，新的方法不斷出現，從以前的經典方法到現在的智能化檢測，為風電電力運行提供了有力的監控檢測工具，本文結合實際提出了一種大型風電機組狀態監測的方案，在研究和實踐中取得了較好的效果。

參考文獻

[1] 肖國春，劉進軍，王兆安.電能質量及其控制技術的研究進展[J].電力電子技術，2000.

[2] 鄔寬明.現場總線技術應用選編[M].北京航空航天大學出版社，2004.

[3] 徐琳，牟道光.PLC在污水處理中的應用[J].微計算機信息，2004.endprint