《電子技術應用》
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借助集中式數據采集,開發在線風電場狀態監測系統
來源:NI公司
Roberto Arnanz ,Anibal Reñones
Fundacion CARTIF
摘要: "LabVIEW圖形化編程環境,不需任何額外費用即可將模塊整合至研發階段"
Abstract:
Key words :
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- Roberto Arnanz, Fundacion CARTIF

挑戰:
開發診斷網絡,自動追蹤鋒利渦輪機的狀態,并具備集中存取功能,讓用戶對獲取的信息進行離線分析。

解決方案:
使用NI LabVIEW開發應用,進行數據采集、數據管理、為應用提供網絡存取功能,并使用NI CompactDAQ進行數據采集,以便在單一設備上調節并獲取不同的信號。

作者:
Roberto Arnanz - Fundacion CARTIF
Anibal Reñones - Fundacion CARTIF
- - - Iberdrola Renovables

CARTIF的工業診斷與預測維護工程師,工作內容是開發診斷式工業環境系統。而這些系統必須能取得如振動、電子與高低頻率的各種數位信號,并達到高存數容量。許多情況下,我們必須在整個電力生產過程不斷操作這些系統。

對風力渦輪而言,其功能與設計階段的數據采集、診斷與存儲需求,均近似于任何旋轉機器的應用。在風力渦輪的應用上,我們必須診斷多臺機器,也因此大幅提高了資料與診斷的數量,使中央處理壓力增大。

在與Iberdrola Renovables公司合作中,我們開發的解決方案,可向所有機器提供獨立的診斷裝置、分散式PostgreSQL數據庫,同時每個風力電廠搭配1組服務器,和1組中央服務器。我們對界面進行修改使其可用于網絡瀏覽器,從而分散資料的存取。有了LabVIEW網絡服務器工具組,我們開發的應用可供單機使用,并可發布到網絡上。因此,我們使用LabVIEW作為單一的開發工具,在不考慮個別功能的安裝位置、溝通方式,與用戶使用方式的情況下,整合數據采集、信號處理以及界面設計。

數據采集

根據診斷需求,我們必須從每座風力渦輪機中采集多個信號。我們安裝了第一款原型,它具備8組ICP加速度計、5組電容加速度計、3組電流鉗、3組電壓傳感器和2個測量速度的電感傳感器。在考慮了各種信號類型之后,我們選擇使用NI CompactDAQ系統,其中包含NI cDAQ-9172 8槽機箱、NI USB-9233加速度計、NI 9205 C系列模擬輸入模塊NI 9423漏極輸入C系列模塊,與NI 9474 C系列電子輸出模塊

由于該系統在研究過程中能以可變速度操作,所以該系統符合我們對信號采集的多種需求,包括將速度信號與其余用作分析的信號同步。因為與緩慢轉動軸相關因素的一般頻率非常低,而且該系統某時間段內的旋轉速度數據變動性并不高且便于分析,所以該系統還能夠在較長時間內連續地進行數據采集。

為了設定指定的采集時段,我們只有在所需的采集時段內、速度變動百分比在不超過某個閥值時才能進行數據存儲。這種方法相當于使用觸發軟件,該軟件中已存儲的資料會對應預觸發時間,并且觸發條件時由某個計算所決定,此計算會決定以往數據中的最高速度變化。

除了編碼器信號,針對8個模擬通道,該系統可實現連續25 kHz的傳輸率,從而將資料連續存儲至磁盤,并能夠在所需時間內獲得該頻率的信號。

診斷應用

考慮到動力相對的不足,該系統會逐次采集資料并稍后處理所收集到的資料。在每一輪的基礎上我們進行不同通道和頻率的采集,這是根據定期診斷進行的;我們將全部的結果存儲在本地資料庫中,并且只將最顯著的結果或警報發送至中央數據庫。

多個模塊組成應用程序,監督模塊讀取數據庫設定,并根據這些設定、命令在預定時間執行各種采集、后續處理與可用數據的診斷。用戶界面模塊提供已采集信號的存取,以及用診斷結果進行簡單的分析功能,例如1個或多個采集的快速傅里葉(FFT)顯示,而且該模塊可互相比較。無需下載已采集的信號,任何用戶都可以通過網絡瀏覽器連接至該界面。

模塊化設計便于處理演算法的執行修改,且不必重新便宜編譯應用程序就能增加新的功能。在此案例中,該演算法位于動態連接庫,可在系統處理沒有運行時對其進行編輯。

診斷網絡

該系統的管理機制可方便每個數據庫保持最新狀態,即使其中一個點失去了聯系,所有的機器仍會連續自動進行預訂的診斷。

我們設計了一個位于中央服務器上、可從任何網絡瀏覽器存取、監控或進行數據采集(SCADA)的用戶界面,所以該應用程序的用戶能夠快速獲得各種機器所產生的診斷信息,并且具有高度的靈活性。為了快速地存取或分析采集的信號,用戶可以連接到機器上(而非中央服務器上)的界面。在Apache服務器上,我們將該方法建立在LabVIEW應用程序上。

為了在測試期間讓各種網絡元素相互通信,我們建立了一個無線診斷網絡,使其獨立于風力場中所有其他通信之外。

使用LabVIEW簡化模塊集成

我們使用LabVIEW作為整個診斷應用程序的開發軟件。LabVIEW圖形化編程環境,不需任何額外費用即可將模塊整合至研發階段。盡管我們獨立設計了數據采集、處理與診斷模塊,此模塊設計能夠推進軟件開發過程,并且可以根據計算要求與設備功能,在不同平臺(或多核心系統及不同的微處理器)上執行該模塊。我們在Iberdrola Renovables公司的電廠中實現了該系統,他們的大力支持對我們項目的開展起了巨大的作用。

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