一种海上风电机组故障监测一体化系统

1.本发明属于风电技术领域，具体为一种海上风电机组故障监测一体化系统。


背景技术：

2.与陆地风力发电相比，海上风力发电具有较多优势，如资源丰富、风力稳定、可以大规模开发等，得到了极大的关注。海上风电机组运行和维护过程中，会受到不同环境的影响，如天气因素、地理因素和运输环境等。针对海上风机设备的故障，可以使用故障监测系统进行监测查。
3.但是常见的操作系统对于故障数据不能及时进行记录，从而不便于后续对故障数据进行查看研究。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供一种海上风电机组故障监测一体化系统。
5.本发明采用的技术方案如下：一种海上风电机组故障监测一体化系统，包括启动模块、参数采集模块、传感器模块、数据无线传输模块、处理器模块、数据管理模块、故障报警模块、振动传感器、应变传感器、登录模块、实时参数监测模块和参数监测历史查询模块，所述启动模块的输出端连接有所述参数采集模块的输入端，所述参数采集模块的输出端连接有所述传感器模块的输入端，所述传感器模块的输出端连接有所述数据无线传输模块的输入端，所述数据无线传输模块的输出端连接有所述处理器模块的输入端，所述处理器模块的输出端连接有所述数据管理模块的输入端，所述数据管理模块的输出端连接有所述故障报警模块的输入端。
6.在一优选的实施方式中，所述传感器模块的内部设置有振动传感器和应变传感器，所述振动传感器和应变传感器的整体输出端连接有所述传感器模块的输入端；
7.所述数据管理模块的内部设置有登录模块、实时参数监测模块和参数监测历史查询模块，所述登录模块、实时参数监测模块和参数监测历史查询模块的整体输出端连接有所述数据管理模块的输入端。
8.在一优选的实施方式中，所述参数采集模块采集海上风电机组设备发生故障时的信号与故障数据；所述参数采集模块选用三星公司生产的adg6632采集芯片，该款芯片具有较高的信号采集速率，最高可达228khz，转换方式为δ-σ，不仅可以快速采集故障信号，还可以应用144khz的采集速率采集风电机组设备的故障数据。
9.在一优选的实施方式中，所述参数采集模块的内部配置了高阶稳态斩波调节器，该调节器可以有效降低风电机组设备故障信号的偏移与噪声，并可支持采集芯片进行8通道同步采样；采集芯片包含4种数据、信号采样模式，分别是高分辨率、高速、低功耗、低速模式，采用哪种采集模式主要取决于采集模块的输入管脚电平；采集风电机组设备数据以及信号时，在直流标定电路中，输入标准工作电压3.3v，将采集到的风电机组数据与信号输入
到电路中，经过a/d转换器的转换后，将数据与信号传输到跟踪电路中，进行跟踪与保持，最后由通信接口将其输出，完成一次风电机组设备数据与信号的采集。
10.在一优选的实施方式中，所述振动传感器来监测海上风电机组设备的发电机、主轴的振动频率，通过发电机与主轴的振动频率判断海上风电机组设备的运行情况；
11.所述应变传感器通过测量海上风电机组齿轮箱与发电机的转速，监测海上风电机组设备的运行情况，应变传感器的供电电路为8ma的比例调节差分电路，振动传感器的外围电路为额定电压为3.3v的恒流源电路，比例差分电路与恒流源电路均可为应变传感器与振动传感器提供标准的工作电压与电流，使振动传感器与应变传感器可以正常工作。
12.在一优选的实施方式中，所述数据无线传输模块选用的芯片为ti公司生产的tp4b6r804，这款芯片是ti公司旗下的最新系列芯片，作为通信器的核心处理器，采用常见的550nm，效率高、体积小、工作寿命长的激光二极管作为系统通信器的产生器件，它可以接收由传感器传输的激光信号，将电源电路中的数据处理模块转换成激光二极管中的数据，具有较多的输入输出串口作为接口，通信器的这款芯片功耗较低，内部存在海量的宏单元数，输入输出总线达到法器、150个，通信器内部设有48个模拟算法乘8kb的ram以及6个增强型的锁相环。
13.在一优选的实施方式中，所述处理器模块采用arm内核的32位单片机，优点是集成了丰富的外设功能，将数字信号处理、响应迅速、低延迟、能耗小和高可靠性等优势汇总在一起；功能较stc89c51强大得多，便于后续功能完善和拓展；我们选用目前主流的stm32f103zet6高性能高容量主控制芯片，内含512kbflash，高达144引脚，能够通过串口芯片ch340连接到电脑，兼容目前keilarm软件，能很好实现代码编写。
14.在一优选的实施方式中，所述登录模块在用户登录时，应用程序会判断sharedpreferences文件中是否存在用户的账号和密码。
15.在一优选的实施方式中，所述实时参数监测模块控制器将采集的参数实时数据通过网络发送给服务端，服务端将其解析后写入数据库并在移动端请求，从数据库读出发送给移动端，移动端将其解析后以折线图的方式向用户展示；所述参数监测历史查询模块允许用户查询任意电机任意时刻的历史数据，应用程序根据用户选择的电机、参数和时间，向服务端发送获取该电机该参数该时刻历史数据的请求。
16.在一优选的实施方式中，所述故障报警模块在进行数据处理时，应用程序启动时，启动故障报警服务，故障报警服务会创建消费者并与服务端连接，一旦监听的消息队列不为空，应用程序根据sharedpreferences文件中的通知效果发送通知，通知用户发生故障的时间、发生故障的电机、发生故障的参数、发生故障的参数的值；
17.所述故障报警模块在应用程序运行时，移动端通过消息中间件的方式接收故障报警信息。
18.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
19.1、本发明中，故障报警模块在启动故障报警服务。故障报警服务会创建消费者并与服务端连接，一旦监听的消息队列不为空，应用程序根据sharedpreferences文件中的通知效果发送通知，通知用户发生故障的时间、发生故障的电机、发生故障的参数、发生故障的参数的值，从而使得相关使用者可以更加及时快捷的直到故障发生的详细参数，从而使得可以更加及时的对故障进行处理，提高了故障监测的效率，增加了监测时的准确性。
20.2、本发明中，参数监测历史查询模块允许用户查询任意电机任意时刻的历史数据。应用程序根据用户选择的电机、参数和时间，向服务端发送获取该电机该参数该时刻历史数据的请求。如果从服务端获取数据成功，则以折线图的方式向用户展示，并允许用户根据需要对折线图进行缩放和平移；从而更加方便使用者对海上风电机组的其他参数进行查看，提高了后续处理的数据全面性。
附图说明
21.图1为本发明的整体系统框图；
22.图2为本发明中传感器模块系统框图；
23.图3为本发明中数据管理模块系统框图。
24.图中标记：1-启动模块、2-参数采集模块、3-传感器模块、4-数据无线传输模块、5-处理器模块、6-数据管理模块、7-故障报警模块、8-振动传感器、9-应变传感器、10-登录模块、11-实时参数监测模块、12-参数监测历史查询模块。
具体实施方式
25.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
26.参照图1-3，
27.实施例：
28.一种海上风电机组故障监测一体化系统，包括启动模块1、参数采集模块2、传感器模块3、数据无线传输模块4、处理器模块5、数据管理模块6、故障报警模块7、振动传感器8、应变传感器9、登录模块10、实时参数监测模块11和参数监测历史查询模块12，启动模块1的输出端连接有参数采集模块2的输入端，参数采集模块2的输出端连接有传感器模块3的输入端，传感器模块3的输出端连接有数据无线传输模块4的输入端，数据无线传输模块4的输出端连接有处理器模块5的输入端，处理器模块5的输出端连接有数据管理模块6的输入端，数据管理模块6的输出端连接有故障报警模块7的输入端。
29.传感器模块3的内部设置有振动传感器8和应变传感器9，振动传感器8和应变传感器9的整体输出端连接有传感器模块3的输入端；
30.数据管理模块6的内部设置有登录模块10、实时参数监测模块11和参数监测历史查询模块12，登录模块10、实时参数监测模块11和参数监测历史查询模块12的整体输出端连接有数据管理模块6的输入端。
31.参数采集模块2采集海上风电机组设备发生故障时的信号与故障数据；参数采集模块2选用三星公司生产的adg6632采集芯片，该款芯片具有较高的信号采集速率，最高可达228khz，转换方式为δ-σ，不仅可以快速采集故障信号，还可以应用144khz的采集速率采集风电机组设备的故障数据。
32.参数采集模块2的内部配置了高阶稳态斩波调节器，该调节器可以有效降低风电机组设备故障信号的偏移与噪声，并可支持采集芯片进行8通道同步采样；采集芯片包含4种数据、信号采样模式，分别是高分辨率、高速、低功耗、低速模式，采用哪种采集模式主要
取决于采集模块的输入管脚电平；采集风电机组设备数据以及信号时，在直流标定电路中，输入标准工作电压3.3v，将采集到的风电机组数据与信号输入到电路中，经过a/d转换器的转换后，将数据与信号传输到跟踪电路中，进行跟踪与保持，最后由通信接口将其输出，完成一次风电机组设备数据与信号的采集。
33.振动传感器8来监测海上风电机组设备的发电机、主轴的振动频率，通过发电机与主轴的振动频率判断海上风电机组设备的运行情况。假设海上风电机组设备的发电机、主轴的额定振动频率为95hz，振动传感器安装在风电机组设备的二级星型轮上，将应变传感器安装在海上风电机组设备的齿轮箱一级星型轮上；
34.应变传感器9通过测量海上风电机组齿轮箱与发电机的转速，监测海上风电机组设备的运行情况，应变传感器的供电电路为8ma的比例调节差分电路，振动传感器的外围电路为额定电压为3.3v的恒流源电路，比例差分电路与恒流源电路均可为应变传感器与振动传感器提供标准的工作电压与电流，使振动传感器与应变传感器可以正常工作。
35.数据无线传输模块4选用的芯片为ti公司生产的tp4b6r804，这款芯片是ti公司旗下的最新系列芯片，作为通信器的核心处理器，采用常见的550nm，效率高、体积小、工作寿命长的激光二极管作为系统通信器的产生器件，它可以接收由传感器传输的激光信号，将电源电路中的数据处理模块转换成激光二极管中的数据，具有较多的输入输出串口作为接口，通信器的这款芯片功耗较低，内部存在海量的宏单元数，输入输出总线达到法器、150个，通信器内部设有48个模拟算法乘8kb的ram以及6个增强型的锁相环。
36.处理器模块5采用arm内核的32位单片机，优点是集成了丰富的外设功能，将数字信号处理、响应迅速、低延迟、能耗小和高可靠性等优势汇总在一起；功能较stc89c51强大得多，便于后续功能完善和拓展；我们选用目前主流的stm32f103zet6高性能高容量主控制芯片，内含512kbflash，高达144引脚，能够通过串口芯片ch340连接到电脑，兼容目前keilarm软件，能很好实现代码编写
37.登录模块10在用户登录时，应用程序会判断sharedpreferences文件中是否存在用户的账号和密码。如果存在用户的账号和密码，则从sqlite数据库中的电机信息表加载电机数据；如果不存在用户的账号和密码，则显示登录页面。用户通过登录的方式使移动端从服务端获取电机数据。如果登录成功，应用程序会首先将用户的账号和密码写入sharedpreferences文件，并将电机数据写入sqlite数据库中的电机信息表，然后从sqlite数据库中的电机信息表加载电机数据并显示主页面；登录失败时，显示登录页面并通过toast通知用户登录失败。
38.实时参数监测模块11控制器将采集的参数实时数据通过网络发送给服务端，服务端将其解析后写入数据库并在移动端请求，从数据库读出发送给移动端，移动端将其解析后以折线图的方式向用户展示。应用程序根据用户选择的电机和参数，以1s为时间间隔，不断向服务端发送获取该电机参数实时数据的请求。如果从服务端获取数据成功，以折线图的方式向用户展示；如果从服务端获取数据失败，应用程序会根据用户的操作判断是否重新向服务端发送获取该电机该参数实时数据的请求。如果不重新向服务端发送获取该电机参数实时数据的请求，显示操作失败页面；
39.参数监测历史查询模块12允许用户查询任意电机任意时刻的历史数据。应用程序根据用户选择的电机、参数和时间，向服务端发送获取该电机该参数该时刻历史数据的请
求。如果从服务端获取数据成功，则以折线图的方式向用户展示，并允许用户根据需要对折线图进行缩放和平移；如果从服务端获取数据失败，则应用程序会根据用户的操作判断是否重新向服务端发送获取该电机该参数该时刻历史数据的请求。如果不重新向服务端发送获取该电机该参数该时刻历史数据的请求，显示操作失败页面。
40.故障报警模块7在进行数据处理时，应用程序启动时，启动故障报警服务。故障报警服务会创建消费者并与服务端连接，一旦监听的消息队列不为空，应用程序根据sharedpreferences文件中的通知效果发送通知，通知用户发生故障的时间、发生故障的电机、发生故障的参数、发生故障的参数的值；
41.故障报警模块7在应用程序运行时，移动端通过消息中间件的方式接收故障报警信息。目前主流的消息中间件有rabbitmq、activemq和kafka等，其中rabbitmq因具有扩展性高、可靠性好等优点被广泛应用于实际项目，消息生产者将消息通过交换器传递到与交换器绑定的消息队列中存储，消息消费者与服务端建立连接后从消息队列中取出消息进行处理。
42.本发明中，故障报警模块在启动故障报警服务。故障报警服务会创建消费者并与服务端连接，一旦监听的消息队列不为空，应用程序根据sharedpreferences文件中的通知效果发送通知，通知用户发生故障的时间、发生故障的电机、发生故障的参数、发生故障的参数的值，从而使得相关使用者可以更加及时快捷的直到故障发生的详细参数，从而使得可以更加及时的对故障进行处理，提高了故障监测的效率，增加了监测时的准确性。
43.本发明中，参数监测历史查询模块允许用户查询任意电机任意时刻的历史数据。应用程序根据用户选择的电机、参数和时间，向服务端发送获取该电机该参数该时刻历史数据的请求。如果从服务端获取数据成功，则以折线图的方式向用户展示，并允许用户根据需要对折线图进行缩放和平移；从而更加方便使用者对海上风电机组的其他参数进行查看，提高了后续处理的数据全面性。
44.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
45.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种海上风电机组故障监测一体化系统，包括启动模块(1)、参数采集模块(2)、传感器模块(3)、数据无线传输模块(4)、处理器模块(5)、数据管理模块(6)、故障报警模块(7)、振动传感器(8)、应变传感器(9)、登录模块(10)、实时参数监测模块(11)和参数监测历史查询模块(12)，其特征在于：所述启动模块(1)的输出端连接有所述参数采集模块(2)的输入端，所述参数采集模块(2)的输出端连接有所述传感器模块(3)的输入端，所述传感器模块(3)的输出端连接有所述数据无线传输模块(4)的输入端，所述数据无线传输模块(4)的输出端连接有所述处理器模块(5)的输入端，所述处理器模块(5)的输出端连接有所述数据管理模块(6)的输入端，所述数据管理模块(6)的输出端连接有所述故障报警模块(7)的输入端。2.如权利要求1所述的一种海上风电机组故障监测一体化系统，其特征在于：所述传感器模块(3)的内部设置有振动传感器(8)和应变传感器(9)，所述振动传感器(8)和应变传感器(9)的整体输出端连接有所述传感器模块(3)的输入端；所述数据管理模块(6)的内部设置有登录模块(10)、实时参数监测模块(11)和参数监测历史查询模块(12)，所述登录模块(10)、实时参数监测模块(11)和参数监测历史查询模块(12)的整体输出端连接有所述数据管理模块(6)的输入端。3.如权利要求1所述的一种海上风电机组故障监测一体化系统，其特征在于：所述参数采集模块(2)采集海上风电机组设备发生故障时的信号与故障数据；所述参数采集模块(2)选用三星公司生产的adg6632采集芯片，该款芯片具有较高的信号采集速率，最高可达228khz，转换方式为δ-σ，不仅可以快速采集故障信号，还可以应用144khz的采集速率采集风电机组设备的故障数据。4.如权利要求1所述的一种海上风电机组故障监测一体化系统，其特征在于：所述参数采集模块(2)的内部配置了高阶稳态斩波调节器，该调节器可以有效降低风电机组设备故障信号的偏移与噪声，并可支持采集芯片进行8通道同步采样；采集芯片包含4种数据、信号采样模式，分别是高分辨率、高速、低功耗、低速模式，采用哪种采集模式主要取决于采集模块的输入管脚电平；采集风电机组设备数据以及信号时，在直流标定电路中，输入标准工作电压3.3v，将采集到的风电机组数据与信号输入到电路中，经过a/d转换器的转换后，将数据与信号传输到跟踪电路中，进行跟踪与保持，最后由通信接口将其输出，完成一次风电机组设备数据与信号的采集。5.如权利要求1所述的一种海上风电机组故障监测一体化系统，其特征在于：所述振动传感器(8)来监测海上风电机组设备的发电机、主轴的振动频率，通过发电机与主轴的振动频率判断海上风电机组设备的运行情况；所述应变传感器(9)通过测量海上风电机组齿轮箱与发电机的转速，监测海上风电机组设备的运行情况，应变传感器的供电电路为8ma的比例调节差分电路，振动传感器的外围电路为额定电压为3.3v的恒流源电路，比例差分电路与恒流源电路均可为应变传感器与振动传感器提供标准的工作电压与电流，使振动传感器与应变传感器可以正常工作。6.如权利要求1所述的一种海上风电机组故障监测一体化系统，其特征在于：所述数据无线传输模块(4)选用的芯片为ti公司生产的tp4b6r804，这款芯片是ti公司旗下的最新系列芯片，作为通信器的核心处理器，采用常见的550nm，效率高、体积小、工作寿命长的激光二极管作为系统通信器的产生器件，它可以接收由传感器传输的激光信号，将电源电路中
的数据处理模块转换成激光二极管中的数据，具有较多的输入输出串口作为接口，通信器的这款芯片功耗较低，内部存在海量的宏单元数，输入输出总线达到法器、150个，通信器内部设有48个模拟算法乘8kb的ram以及6个增强型的锁相环。7.如权利要求1所述的一种海上风电机组故障监测一体化系统，其特征在于：所述处理器模块(5)采用arm内核的32位单片机，优点是集成了丰富的外设功能，将数字信号处理、响应迅速、低延迟、能耗小和高可靠性等优势汇总在一起；功能较stc89c51强大得多，便于后续功能完善和拓展；我们选用目前主流的stm32f103zet6高性能高容量主控制芯片，内含512kbflash，高达144引脚，能够通过串口芯片ch340连接到电脑，兼容目前keilarm软件，能很好实现代码编写。8.如权利要求1所述的一种海上风电机组故障监测一体化系统，其特征在于：所述登录模块(10)在用户登录时，应用程序会判断sharedpreferences文件中是否存在用户的账号和密码。9.如权利要求1所述的一种海上风电机组故障监测一体化系统，其特征在于：所述实时参数监测模块(11)控制器将采集的参数实时数据通过网络发送给服务端，服务端将其解析后写入数据库并在移动端请求，从数据库读出发送给移动端，移动端将其解析后以折线图的方式向用户展示；所述参数监测历史查询模块(12)允许用户查询任意电机任意时刻的历史数据，应用程序根据用户选择的电机、参数和时间，向服务端发送获取该电机该参数该时刻历史数据的请求。10.如权利要求1所述的一种海上风电机组故障监测一体化系统，其特征在于：所述故障报警模块(7)在进行数据处理时，应用程序启动时，启动故障报警服务，故障报警服务会创建消费者并与服务端连接，一旦监听的消息队列不为空，应用程序根据sharedpreferences文件中的通知效果发送通知，通知用户发生故障的时间、发生故障的电机、发生故障的参数、发生故障的参数的值；所述故障报警模块(7)在应用程序运行时，移动端通过消息中间件的方式接收故障报警信息。

技术总结
本发明公开了一种海上风电机组故障监测一体化系统。本发明中，故障报警模块在启动故障报警服务。故障报警服务会创建消费者并与服务端连接，一旦监听的消息队列不为空，应用程序根据SharedPreferences文件中的通知效果发送通知，通知用户发生故障的时间、发生故障的电机、发生故障的参数、发生故障的参数的值，从而使得相关使用者可以更加及时快捷的直到故障发生的详细参数，从而使得可以更加及时的对故障进行处理，提高了故障监测的效率，增加了监测时的准确性。监测时的准确性。监测时的准确性。


技术研发人员：王芳 李泽兰
受保护的技术使用者：湖南电气职业技术学院
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/6/27