基于DSP的风电机组在线故障监测系统开发研究

摘要

近年来，我国风电机组装机总量和体积不断增大，风电机组机械故障日益增多，运维成本不断提高，成为影响风电第三产业成本的主要因素。风电机组设备的安全、高效、可靠运行就显的尤为重要。因此，为了实时掌握设备的运行状态，发现设备存在的隐形故障，提前采取预防保护措施，开发风电机组在线故障监测系统有着极其重要的意义。
　　本论文主要设计了一种基于DSP的风电机组在线故障监测系统。该系统采用TI公司的TMS320C6748为核心控制器，实现多通道振动信号采集、振动信号的故障分析、人机交互显示及上位机通讯功能。通过在风电机组设备相应部位安装传感器，对关键部件进行振动信号采集，并将采集的关键部件信号进行幅值调制与阶比分析算法处理，判断风电机组关键部件的故障状态，通过串口通信方式，将风电机组关键部件的状态信息发送至上位机人机交互显示界面，由此可以实时监测风电机组关键部件运行状态情况，根据实际情况采取必要的预防保护措施。
　　本论文首先通过对国内外的风电机组状态监测系统进行分析研究，对风电机组齿轮箱齿轮与轴承的振动特性、故障种类以及齿轮箱的故障诊断方法进行详细的研究，并确定本文采用的故障诊断算法。其次对风电机组在线故障监测系统的软硬件进行了设计，硬件部分主要包括核心控制系统设计、供电电源设计、通信电路设计、多通道信号采集电路设计、数据存储电路设计、人机交互显示接口设计。软件部分主要包括信号采集程序设计、故障诊断程序设计、LCD液晶显示程序设计、串口通信程序设计、数据存储程序设计和上位机人机显示界面设计。
　　最后对系统各功能进行测试与数据实验结果分析，结合MATLAB仿真软件辅助验证系统的故障诊断结果，证明该系统在风电机组故障监测方面的可行性与优越性。

目录

声明

1第1章 绪 论

1.1课题研究的背景及意义

1.2风电机组故障状态监测现状

1.3风电机组的故障机理分析

1.4本文的主要研究内容

2第2章 风电机组齿轮箱振动特性分析

2.1齿轮振动特征分析

2.2轴承振动特性分析

2.3齿轮箱故障诊断方法

2.4本章小结

3第3章 风电机组齿轮箱在线故障监测系统硬件设计

3.1核心控制器的选型与最小系统电路

3.2多通道信号采样电路设计

3.3电源电路设计

3.4数据存储电路设计

3.5人机交互接口电路设计

3.6通信硬件电路设计

3.7输出控制与扩展模块

3.8本章小结

4第4章 风电机组齿轮箱在线故障监测系统软件设计

4.1软件设计总体框图

4.2信号采集模块的软件设计

4.3风电机组齿轮箱故障诊断的软件设计

4.4人机交互显示界面软件设计

4.5串口通信与数据存储软件设计

4.6本章小结

5第5章 齿轮箱在线故障监测系统测试与结果分析

5.1振动信号采集

5.2有效性分析

5.3风电机组齿轮箱故障诊断

5.4系统调试

5.5本章小结

6结 论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢