基于嵌入式系统的风力发电机组状态监测系统的设计

摘要

我国对于风力发电机组的运行状态监测还处于起步阶段，暂时还没有完善的、系统的风电状态监测系统。由于风力发电机组正常运行所处的环境恶劣、与集控室距离远，现有的状态监测系统很难将实时监测信号准确无误地传输到集控室，导致故障不能及时反映，无法实现机组安全高效运行。
　　本文针对风力发电机组布置分散、运行环境恶劣的特点，从数据采集分析等方面开展研究，目的在于开发出适合风力发电机组的基于嵌入式系统的多参数数据采集与分析仪。
　　本文在分析了国内外风力发电机组状态监测系统发展趋势的基础上，结合现代风力发电机组的发展需求和风机分散布局的特点，提出了数据采集与分析仪的设计要求和功能设计，在此基础上选取了基于ARM为核心的硬件开发平台，平台以Windows CE为嵌入式操作系统。
　　本论文主要对模拟信号预处理、同步数据采集、实时频谱分析、网络通讯方面的设计等进行研究，着重于硬件系统开发平台的外围接口电路、模拟信号的预处理和通讯接口的开发，并对软件总体结构和开发流程进行设计。重点介绍了AD采集程序流程、GPRS通讯模块的数据传输流程、CPLD数字倍频。最后，对本论文进行总结，并指出在后续工作中需要注意和继续研究的问题。
　　风电机组状态监测系统不仅能解决目前风机故障频发、故障不能及时得到处理的问题，还能应用于火电、机械制造、石化、钢铁等领域的旋转机械的状态监测，具有广阔的应用前景。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 国内外风电发展现状

1．1．2 风电机组状态监测的重要性

1．2 风力发电机监测与诊断技术的发展与研究现状

1．3 嵌入式系统的发展

1．4 电力状态监测与故障诊断系统的发展趋势

1．5 论文研究内容

1．6 本章小结

第二章 风电机组振动检测理论基础

2．1 风力发电机的基本结构原理

2．1．1 风力发电机组的基本工作原理

2．1．2 风力发电机组的基本结构

2．1．3 风力发电机组分类

2．2 常见的振动故障

2．3 振动信号分析方法

2．3．1 振动信号主要参数值

2．3．2 信号的时域分析

2．3．3 信号的频域分析

2．4 本章小结

第三章 系统的总体设计

3．1 系统的硬件方案

3．1．1 振动信号的采集与预处理部分

3．1．2 其他信号的采集与预处理部分

3．1．3 嵌入式核心硬件部分

3．2 系统软件方案

3．3 本章小结

第四章 系统硬件电路设计

4．1 传感器的选择与安装要求

4．1．1 振动检测传感器基本类型

4．1．2 本设计中传感器的安装位置

4．2 模拟电路设计

4．2．1 滤波器简介

4．2．2 常用可实现滤波器

4．2．3 滤波器的选择

4．3 前端调理电路设计

4．3．1 振动信号调理电路

4．3．2 键相信号调理电路

4．3．3 缓变量信号调理

4．3．4 三线制热电阻

4．3．5 电流信号处理

4．4 数据采集电路

4．4．1 A／D转换选取标准

4．4．2 A／D芯片选取

4．5 CPLD的选择与数字倍频器

4．5．1 CPLD／FPGA的选择

4．5．2 Quartus Ⅱ集成开发工具

4．6 其它外围模块设计与选取

4．6．1 外围存储器与显示器

4．6．2 电源模块

4．6．3 网络接口

4．6．4 复位电路

4．7 本章小结

第五章 系统软件设计

5．1 CPLD数字倍频器的编程实现

5．1．1 VHDL语言简介

5．1．2 CPLD数字倍频

5．2 嵌入式开发平台Windows CE

5．2．1 Windows CE的结构分析

5．2．2 系统启动设置Boot Loader

5．3 基于Windows CE平台的EVC编程

5．3．1 Windows CE应用程序开发工具和集成环境

5．3．2 Windows CE平台的EVC编程

5．4 数据采集程序

5．5 通讯处理程序

5．5．1 Win CE的串口通讯

5．5．2 GPRS远程数据传输的实现

5．6 总结

第六章 总结和展望

致谢

参考文献

作者在硕士研究生期间撰写和发表的论文