专利名称：风电机组状态监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种状态监测装置，尤其是一种应用于风力发电 机组齿轮箱和轴承的状态监测装置。
背景技术：
风力发电机组故障很大一部分是由齿轮箱和轴承产生。而目前的风 力发电机组故障检修需要技术人员在风力发电机组处于停机状态下，使 用手持式现场测试仪采集监测点的数据，来进行检修，导致检修效率低 下，运行维护费用高。
由此可知，现有风力发电机相关部位检修技术，尤其针对风力发电 机组齿轮箱和轴承的振动，在风力发电机组处于停机状态下检修，不能 实时反映处于工作状态下的齿轮箱和轴承的振动情况。因此，需要一种 能对风机齿轮箱和轴承的振动部位的状态进行监测的仪器，以实现对风 力发电机组齿轮箱和轴承的振动的实时监测。

实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种风电机组状态监测 装置。
本实用新型提供的风电机组状态监测装置包括 感应模块1,用于采集所监测的风电机组轴承和齿轮箱部件的振动信 息和转速信息；
输入模块2,用于将感应模块1釆集的信息进行格式转换； 控制存储模块3，用于将输入模块2格式转换后的数据进行运算处 理，并输出控制信号；
通讯模块4用于将来自控制存储模块3的控制信号进行处理和格式转换；
传输模块5,用于将通讯模块4格式转换后的信号进行设备间以及
设备与其局域网内计算机间的信号传输；
输出模块6,用于根据通讯模块4处理后的控制信号生成显示信息
及作为开关量的信号。
上述功能模块中，其特征在于，所述感应模块l包括 振动传感器11,用于采集风电机组轴承和齿轮箱部件的振动信息； 转速传感器12，用于风电机组轴承和齿轮箱部件的转速信息。 由此可见，感应模块1可以实现同时采集振动信息和转速信息，并
且在采集过程中，两种信息的采集互不干^f尤。
上述功能模块中，其特征在于，所述输入模块2包括 模入单元21，用于将振动传感器11采集的信息进行调理及转换； 开入单元22,用于将转速传感器12采集的信息进行格式转换。 由此可见，输入模块2可以实现同时处理采集上来的信息，并且在
处理过程中，两种信息的处理互不干扰。
上述功能模块中，其特征在于，所述控制存储模块3包括-. A/D转换单元33,用于将模输入模块2输出的信号转换为数字信号； 存储单元31,用于緩存A/D转换单元33所转换后的数字信号； 中央处理单元32，用于将存储单元31所緩存的数字进行处理、计
算；
D/A转换单元34，用于将中央处理单元32处理后的数字信号转换 为模拟信号；
逻辑判断单元35,用于判断D/A转换单元34转换后的信号是否超 过门限值，并据此生成控制信号。
由此可见，控制存储模块3可以实现A/D或D/A信号的转换，并可 以对输入信息进行处理、计算，最终判断该信息的状态，据此产生对应 的控制信号。
上述功能模块中，其特征在于，所述通讯模块4包括 数据处理单元41,用于将控制存储模块3生成的控制信号按照一定的协议进行打包处理；
由此可见，通讯模块4可以实现与其它所述的状态监测装置或计算 机进行快速、准确的通讯。
上述功能模块中，其特征在于，所述输出模块6包括
开出单元61,用于据通讯模块4格式转换后的不同控制信号进行不 同开关量信号的输出；
显示单元62，用于根据通讯模块4格式转换后的不同控制信号显示 不同的报警状态。
由此可见，输出模块6可是实现同时输出多种不同的报警信号，既 可以通过显示单元62的不同颜色的LED灯显示不同的报警状态，也可 以通过开出单元61输出不同开关量信号以控制蜂鸣器等报警装置进行 报警。
上述功能模块中，其特征在于，所述通讯模块4进一步包括 控制信号转换单元42,用于将控制存储模块3生成的控制信号进行 格式转换。
由此可见，控制信号转换单元42可以实现将控制存储才莫块3的控制 信号转换成开出单元61可以识别的信号。
上述功能模块中，其特征在于，所述传输模块5包括
RS232端口 51，用于将通讯模块4打包后的信号进行本地低速数据
传输；
RS485端口 52，用于将通讯模块4打包后的信号进行本地高速数据 传输。
由此可见，传输模块5可以实现本地信号的高、低速数据传输。 上述功能模块中，其特征在于，所述RS232端口 51或/和RS485端
口 52包含暂态过电压保护电路和光隔离电路。
由此可见，RS232端口 51或/和RS485端口 52可以减免暂态过电压
对所述状态监测装置的冲击，有效地抑制系统噪声，并可以实现端口响
应速度快、寿命长等优点。

图1为本实用新型的系统结构图2为本实用新型的控制存储模块CPU及其供电电路；
图3为本实用新型的控制存储模块时钟电路；
图4为本实用新型的通讯模块串口 232电路；
图5为本实用新型的通讯模块串口 232过电压防护电路；
图6为本实用新型的通讯模块串口 485电路；
图7为本实用新型的通讯模块串口 485过电压防护电路；
图8为本实用新型的模入单元输入信号调理电路；
图9为本实用新型的显示单元。
具体实施方式
如图1示出的本实用新型提供的风电机组状态监测装置，主要包括 感应模块l、输入模块2、控制存储模块3、通讯模块4、传输模块5和 输出模块6。
感应模块1用于采集所监测的风电机组轴承和齿轮箱部件的振动信 息和转速信息。感应模块1由振动传感器11和转速传感器12组成。预 先将振动传感器11和转速传感器12固定在被测的振动物体，如风电机 组的轴承、齿轮箱处，进行原始数据的采集。
输入模块2用于将感应模块1采集的数据及外部设备开关量信号转 换为控制存储模块3所识别的格式传输给控制存储模块3。其中，输入 模块2由模入单元21和开入单元22组成。模入单元21用于接收来自 振动传感器11的振动的模拟电信号，并进行模拟电信号的滤波等调理。 开入单元22用于接收开关量信号，本例中为接收转速传感器12的转速 信号并进行隔离(如通过光隔离技术)后作为输入。
控制存储模块3用于将来自输入模块2的数据进行运算处理，并生 成相应的控制信号。控制存储模块3由存储单元31、中央处理单元32、 A/D转换单元33、 D/A转换单元34和逻辑判断单元35组成，其中，存 储单元31用于緩存接收的输入模块2的数据，中央处理单元32用于将緩存的数据进行采样计算，逻辑判断单元35用于判断采样计算后的数
据是否超过告警的警界值，并生成相应的控制信号。A/D转换单元33、 D/A转换单元34分别用于数据进入存储单元31和进入逻辑判断单元35 时的信号格式转换。
通讯模块4用于将来自控制存储模块3的控制信号处理、转换成传 输模块5和输出模块传输6可识別的信号。通讯模块4由数据处理单元 41及控制信号转换单元42组成。数据处理单元41将来自控制存储模块 3的模拟信号数据根据特定协议(如101协议)进行打包处理以传输给 传输模块5。控制信号转换单元42将接收到的模拟信号数据转换成输出 模块6可以识别的控制信号。
传输模块5用于将通讯模块4的数据处理单元输出的信号进行设备 间以及设备与其局域网内计算机间的信号传输，如图4、图6所示，主 要包括RS232端口 51和RS485端口 52。且RS232接口 51和RS485接 口52都采用了如图5、图7所示，暂态过电压防护与光隔离技术。
输出模块6用于根据通讯模块4的控制信号转换单元42输出的控制 信号生成作为开关量的信号并输出，以及显示信息的输出。输出模块6 主要由开出单元61和显示单元62组成。开出单元61用于才艮据通讯才莫 块4传送来的控制信号，通过光耦隔离、转换，经相应的放大电路后， 控制相应的继电器输出。如图9所示，显示单元62用于接收到来自控 制信号转换单元42的电流信号，通过红、绿LED发光管来实现监测状 态的提示。
下面对本实用新型的提供的风电机组状态监测装置的工作原理 进行介绍。
当振动体在感应模块l的振动传感器11敏感的测量方向上振动时， 振动传感器11内部的振动磁钢相应的强制振动，安装在振动磁钢旁边的 敏感元件能够感应^t钢振动引起的磁场变化，并将测量到的此非电学量 转换成模拟电信号，即交变电压信号。
感应模块1的转速传感器12将采集的转速信号也转换为变电压信号。转速传感器12可以采用投射式光电转速传感器，在本实施例中，
投射式光电转速传感器的读数盘和测量盘有61个间隔相同的缝隙。测
量盘随被测物体转动，每转过一条缝隙，从光源投射到光敏元件上的光 线产生一次明暗变化，光敏元件即输出电流脉冲信号。在一定时间内对信 号计数变可测出转轴的转速值，并将测量到的此非电学量转换成模拟电 信号，即交变电压信号
如图8所示为输入模块2的模入单元21的信号调理电路，在本实施 例中模入单元21釆集到来自振动传感器11的8路振动信号，并采用 AD620作为小信号(即8路振动信号)的前置放大级，经AD620放大 后的小信号失真度很小。再采用OP07高精度单放大器进一步放大。OP07 具有低噪声的特点，可以抑制模拟电信号的输入噪声，这使得噪声对小信 号来说更加微弱。从而，可以方便地筛选出有用信号。
输入模块2的开入单元22采集来自转速传感器12的2路转速信号， 并对开关量信号O或1采用光耦隔离，防止信号遭受干扰。
上述经模入单元21和开入单元22调理后的信号通过电容耦合后， 经过线性整流电路，把正弦波信号转换成直流信号。
如图2所示，本实施例控制存储模块3集成16路A/D和4路D/A 功能的包含嵌入式CPU芯片，以及128kxl6位FLASH存储单元的32 位定点高速数字处理器-DSPF2812。
在本实施例中，通过上级输入模块2调理后的^^莫拟信号，进入存储 单元31,并由A/D转换单元33将输入存储单元31的模拟信号转换成数 字信号。
接下来，由中央处理单元32执行采样计算。例如，可以在本实施例 中使用如下釆样方法，因为电压信号与传感器所在位置成线性关系，即 y=kx+b (x为被测物体位移偏移量，y为传感器在x位置对应的电压信 号，k为斜率，b为截距)，所以电压信号的峰峰值(波峰和波谷的差值) 与轴向共振的位移量峰峰值成正比，比例系数即为k。由此可根据已知 系数k,将电压信号的峰峰值转换为被测物体轴向振动的位移量峰峰值。 然后输出电流信号、开关量信号等。随后，由D/A转换单元34将中央处理单元32的采样计算结果信号， 即数字电压信号转换为模拟电压信号。接着由逻辑判断单元35进行逻 辑判断，判断位移量峰峰值大小是否超过报警上限，本实例以mm为单 位，如果没有超限，就清除报警信号；如果超限，则生成报警信号。
然后，通讯模块4的数据处理单元41将来自控制存储模块3的模拟 信号数据根据特定协议(如101协议)进行打包处理，控制信号转换单 元42将接收到的模拟信号数据转换成传输模块5和输出模块6可以识 别的控制信号。
传输模块5将通讯模块4传送来的数据经RS232端口 51进行本地 低速传输或经RS485端口 52进行本地高速传输。多台(最多128台) 风电机组状态监测装置可以通过RS232或RS485端口与一台计算机 连接组成局域网，上述数据可以传输到局域网内计算机上，以便用户 对数据进行存储和进一 步的分析。
另一方面，输出模块6接收到来自通讯模块4发出的信号，其开出 单元61根据其中转换后的控制信号进行通电或断电的动作。例如， 开出单元61釆用常开固态继电器，该固态继电器的输出端平时处于 断开状态，当固态继电器的输入端接收到闭合的控制信号(高电平或 低电平)后控制输出端闭合。这时与固态继电器的输出端连接的报警 设备(如声光报警器、蜂鸣器等)得电、发出声光报警。
输出模块6的显示单元可以为LED灯，可以根据控制信号的不同 产生单闪、双闪等不同的报警信号，例如，单闪表示一般超值，双闪 表示严重超值。当然LED灯也可以根据需要设置为多个、不同颜色、 不同形状等。
下面，再结合对风力发电机组齿轮箱和轴承的振动的监测为例，进 一步介绍本实用新型的工作原理
感应模块1根据被测轴承的位移量结合该轴承的转速，产生与被测 轴承之间距离对应的信号，输入模块2将此电流信号转化成直流信号并 进行过滤，然后传送给控制存储模块3;同时，如果用户需要修订相关 参数(延时时间、报警上限以及现线性参数k和b )，则可通过连接到该监测装置的计算机来输入，这些参数随后也被送往控制存储模块3,控 制存储模块3将输入模块2送入其中的模拟信号转换为数字信号，同时 将原有的参数更新为计算机输入的参数，然后计算出单位时间的峰峰值 并将其转换为被测轴承轴向振动的位移量峰峰值，再将数字信号转换为
模拟信号，进而传送给其逻辑判断单元35，将计算得到的位移量峰峰值 与用户设定的报警上限比较；当超过报警上限时，则控制存储模块3向 外发出报警信号，通过通讯模块4的数据处理单元41对传输数据进行 打包处理，控制信号转换单元42将接收到的报警信号转换成输出模块6 可以识别的控制信号，并由传输模块5的RS232、 RS485端口进行数据 传输；输出模块6的开出单元61根据由通讯模块的控制信号转换单 元42转换后的控制信号进行通电或断电的动作，进而控制报警设备 (如声光报警器、蜂鸣器等)得电、发出声光报警；输出模块6的显 示单元62的LED灯则可以根据控制信号的不同产生单闪、双闪等不 同的报警信号。
本实用新型的风电机组状态监测装置能够及时、准确的反映风电 机关键部件，如组齿轮箱和轴承的即时状况。用户可以根据监测数据 对风电机组关键部件进行适时的维护、保养，提高风电机组关键部件 的运行可靠性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均 应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求1.一种风电机组状态监测装置，其特征在于，包括感应模块(1)，用于采集所监测的风电机组轴承和齿轮箱部件的振动信息和转速信息；输入模块(2)，用于将感应模块(1)采集的信息进行格式转换；控制存储模块(3)，用于将输入模块(2)格式转换后的数据进行运算处理，并输出控制信号；通讯模块(4)，用于将来自控制存储模块(3)的控制信号进行处理；输出模块(6)，用于根据通讯模块(4)处理后的控制信号生成显示信息及生成作为开关量的信号输出。
2. 根据权利要求1所述的风电机组状态监测装置，其特征在于，所 述感应模块(1)包括振动传感器(11),用于采集风电机组轴承和齿轮箱部件的振动信息； 转速传感器(12 )，用于采集风电机组轴承和齿轮箱部件的转速信息；
3. 根据权利要求1所述的风电机组状态监测装置，其特征在于，所 述输入模块(2)包括模入单元(21 )，用于将振动传感器(11)采集的信息进行调理及格 式转换；开入单元(22 )，用于将转速传感器(12 )采集的信息进行格式转换；
4. 根据权利要求1所述的风电机组状态监测装置，其特征在于，所 述控制存储模块(3 )包括A/D转换单元(33)，用于将模输入模块(2)输出的信号转换为数 字信号；存储单元(31),用于緩存A/D转换单元(33)所转换后的数字信号；中央处理单元(32 ),用于将存储单元(31 )所緩存的数字信号进行 处理、计算；D/A转换单元(34)，用于将中央处理单元(32)处理后的数字信号 转换为模拟信号；逻辑判断单元(35)，用于判断D/A转换单元(34)转换后的信号是 否超过门限值，并据此生成控制信号。
5. 根据权利要求1所述的风电机组状态监测装置，其特征在于，所 述通讯模块(4 )包括数据处理单元(41 )，用于将控制存储模块3生成的控制信号按照一 定的格式进行转换处理；
6. 根据权利要求l所述的风电机组状态监测装置，其特征在于，所 述输出模块(6)包括开出单元(61),用于根据通讯模块(4)格式转换后的控制信号生 成开关量信号的输出；显示单元(62),用于根据通讯模块(4)格式转换后的不同控制信 号显示不同的报警状态。
7. 根据权利要求5所述的风电机组状态监测装置，其特征在于，所 述通讯模块(4)进一步包括控制信号转换单元(42),用于将控制存 储模块(3)生成的控制信号按照一定的协议进行打包处理；所述风电机组状态监测装置进一步包括传输模块(5)，用于将通讯 模块(4)格式转换后的信号进行设备间以及设备与其局域网内计算机 间的信号传输。
8. 根据权利要求7所述的风电机组状态监测装置，其特征在于，所 述传输模块(5 )包括RS232端口 (51),用于本地参数设置；RS485端口 (52)，用于将通讯模块(4)打包后的信号进行数据传输。
9. 根据权利要求8所述的风电机组状态监测装置，其特征在于，所 述RS232端口 (51 )或/和RS485端口 (52)包含暂态过电压保护电^各 和光隔离电^各。
专利摘要本实用新型涉及了一种状态监测装置，尤其是一种应用于风电机组齿轮箱和轴承的状态监测装置，主要包括感应模块1、输入模块2、控制存储模块3、通讯模块4、传输模块5和输出模块6。本实用新型能实时地、准确地反应在线监测数据，通过专门设计的风电机组状态监测软件管理系统来查看并全面分析设备故障，进行适时地维护、保养，提高风电机组关键部件的运行可靠性，降低重大事故风险率，节省运行维护费用。
文档编号G01M13/02GK201408116SQ200920108428
公开日2010年2月17日 申请日期2009年6月2日 优先权日2009年6月2日
发明者余忠源, 周继威, 孟凯峰, 徐长安, 栋 王, 烛 申, 范子超, 蒋修远 申请人:中能电力科技开发有限公司