基于互联网的风电塔筒免爬装置诊断系统

基于互联网的风电塔筒免爬装置诊断系统,基于,互联网,风电塔筒免爬,装置,诊断,系统 2017年第9届IEEE通信软件和网络国际会议 基于互联网的风电塔筒免爬装置诊断系统 李志斌 杨丽 上海电力大学自动化工程学院 上海电力大学自动化工程学院 中国上海市区 中国上海市区 电子邮件：13371896969@163.com 电子邮件：1162531291@qq.com 摘要——随着风力发电技术的发展，风力涡轮机的安装数量大大增加，维护工作量也在迅速增加，风电塔筒免爬装置在日常检查和维护工作中起着重要的作用。为克服塔式免爬升装置管理维护中存在的不足，提出了一种基于互联网的风电塔筒举升诊断系统。该诊断系统的设计框架由感知层，传输层和应用层组成。 系统硬件采用模块化设计方法，包括控制模块，数据采集模块，通讯模块和电源模块，系统软件包含基础信息模块，信息维护模块，监控信息模块和数据分析模块，建立风电塔筒免爬装置诊断系统。该基于互联网的风电塔筒免爬装置诊断系统实现了自动化和监控管理信息，不仅保证了风电塔筒维护的效率和安全性，而且开辟了新的维护模式。 关键词：风电塔筒； 免爬装置； 互联网; 诊断系统； 一，引言 在国家相关政策的支持下，我国的可再生能源产业发展迅速。在可再生能源行业之间，风电行业以最快的速度发展，其装机容量和安装数量增加，从而带来了风电维护市场的巨大潜力。为了获得更好的风力发电收入，机组的日常运行和维护变得越来越重要。目前，我国风电高空安全设备的发展仍处于起步阶段，应用最广泛的是功能简单的攀爬辅助装置。随着人们对安全性和效率的日益提高的认识，风电塔筒免爬设备的普及率逐年提高。 目前的情况是，风电塔筒免爬装置是一个独立的装置，维护工作主要由风电场的工作人员完成，对于安全隐患这一现象，难以满足故障处理和定期维护的需要。 有时会发生故障，漏检和不可靠的维护。风电场经理已经认真考虑了如何确保使用风电塔筒免爬设备的安全性，如何最大程度地减少损失并确保风力涡轮机的日常运行和维护。面对庞大的风电维修市场，目前的风电塔筒免爬设备管理方式远远不能满足当前的需求，因此必须将互联网新技术应用于风电塔筒免爬设备的监控，以实现监控管理的自动化和信息[1]。 基于互联网的风电塔筒免爬装置诊断系统通过传感器网络收集各种监控参数，通过无线或有线网络传输到监控平台，从而可以实现对风电塔筒免爬设备的智能管理和维护设备[2]。在这种管理方式下，可以实时监控风电塔筒免爬装置的运行状态，并通过网络将状态信息发送到风电塔筒免爬装置的管理监控中心，实现人与免爬装置之间的信息交互和处理。诊断系统的建立，一方面可以实现对免爬装置状态的实时监控以及预警和报警，从而可以降低风电塔筒免爬装置的故障率，提高其修复速度。 另一方面，它可以为风电塔筒免爬装置的维护提供技术支持[3]。 二， 整体框架的系统设计 风电塔筒免爬装置的诊断系统主要监测影响免爬装置安全运行的多个特征参数，例如绳索的张力，距离，速度，加速度，减速度，免爬装置的额定载荷以及免爬设备控制箱中控制器的状态和变频器的操作参数。这些参数可以通过无线传输技术或光纤传输技术传输到诊断系统，然后由诊断系统进行管理。 风电塔筒免爬装置的诊断系统由感知层，传输层和应用层组成。 系统结构如图1所示。 感知层由安装在风电塔筒免爬设备相应部分中的各种传感器组成[4]。这些传感器实时监控风电塔筒免爬设备的物理和环境状况，尤其是风电塔筒设备的安全参数。 他们还可以随时通过控制箱中的控制器连续传输信息。安装，维护和检查信息保存在风电塔筒免爬设备的控制设备中。 这些信息为及时维护风电塔筒免爬设备提供了技术基础。控制箱中控制器的核心任务是完成对风电塔筒免爬装置的安全控制，对感知层传输的信息进行分类，并根据需要对数据进行初步分析，并对分析结果进行不同处理，然后进行分类。 根据风电塔筒免爬装置的工作条件得出处理结果。如果情况非常危险以至于严重影响人们的安全，则诊断系统将发送警报信息，或者将数据存储起来，然后通过传输层传输到应用程序层。 图1.风塔自由攀爬装置诊断系统的总体框架 传输层使用两种传输模式。 一种是将数据传输到应用层平台的光缆传输方式，可以满足管理的需求。 风电塔筒免爬装置的诊断系统可以连接到DCS系统，方便管理。另一种是GPRS无线传输模式，将数据传输到应用层平台，该平台利用互联网实现维护[5]。应用层平台是一个用于安全监控，故障分析和维护记录的管理系统。它的任务之一是接收从每个风电塔筒免爬设备传输的实时数据，并分析风电塔筒免爬设备的运行数据。一定时间内了解风电塔筒免爬装置的实时运行状态和故障分布情况。应用层可以及时将潜在的故障和现有故障传递给维护部门和负责人，从而为维护部门提供了一个检查平台[6]。应用层的另一任务是记录风电塔筒免爬设备的安装，修改，维护和检查等。它将为风电塔筒免爬装置的维护查询和发送警告信息提供技术支持。 3， 系统的硬件设计 风电塔筒免爬装置的诊断系统包括数据采集系统，数据传输系统和监控系统。 数据采集系统采集风电塔筒免爬装置的运行信号，如行驶方向，加速度等。数据传输系统可以通过网络传输信号。监控系统将分析风电塔筒免爬设备的当前运行状态数据，以预测和分析风电塔筒免爬设备的运行情况。一旦风电塔筒免爬装置发生故障，控制系统将分析故障原因并发出警报，以便可以迅速识别并处理故障。同时，监控系统可以存储故障数据并分析最大故障概率。 分析风电塔筒免爬装置故障的原因可以为将来的预测提供理论依据，并解决潜在的不安全因素。 该系统的总体框架如图2所示。 图2.系统的总体框架 A. 主控电路板 本文的主控制电路板是32个工业高性能嵌入式微控制器STM32F207IGT6。硬件如图3所示。处理器具有基于ARMV7的Cortex-M3，主频率高达120MHz，176针，1024K。 字节FLASH和128K字节SRAM，具有三个带12位24通道的ADC和两个带12bit的DAC。 它适用于低功耗，高性能和低成本的嵌入式控制器。 图3.主控制电路 B. GPRS通信模块 我们选择的GPRS是HUAWEI SIM800模块，它支持4频GSM / GPRS。 它的工作频段为：GSM850，EGSM900，DCS1800和PCS1900MHz。 模块的尺寸为24 * 24 * 3mm，可以满足所有用户的空间尺寸要求[7]。 图4. GPRS模块电路 GPRS模块电路如图4所示。引脚55、56和57用于供电。 52针代表NETLIGHT，它可以驱动网络状态指示。 通过观察此引脚的工作状态，我们可以了解SIM800的组网情况。 当网络熄灭时，SIM800将关闭。 当网络指示灯点亮64毫秒，熄灭800毫秒时，找不到网络。 当网络点亮64毫秒的亮度并熄灭3000毫秒时，就可以找到网络。 当网络指示灯亮起64毫秒，熄灭300毫秒时，GPRS可以通信。 类型 型号 功能 称重传感器 YZC-1616 收集重量信号。 一方面，可以判断风电塔筒免爬装置是否过载。一次重量信号大于踏板的最大承载能力时，系统会发出警报，风电塔筒免爬装置无法运行。 另一方面，系统可以根据称重传感器收集到的不同重量信号来控制风电塔筒免爬装置的速度。 加速度传感器 MPU-6050 收集风电塔筒免爬装置的速度信号和偏离角度，以判断行驶速度是否过快以及风电塔筒免爬装置的运行是否平稳。 无线收发器 SI4432 将称量信号和速度信号发送到电气控制系统的中心 C.传感器选择 下表I中显示了负责收集风电塔筒免爬设备操作数据的传感器的选择。 表I.传感器选择 4， 系统的软件设计 该系统的软件设计包括风电塔筒免爬设备的终端监控和上位机信息管理系统。 终端监控软件的设计对于实现风电塔筒免爬设备的预期功能至关重要。 虽然空间有限，但本文并未详细介绍终端监控软件的设计。上位机信息管理系统软件主要包括基本信息管理模块，监控信息模块，维护信息模块和数据分析模块。 该系统通过无线传输模块收集数据，并对数据进行密集处理，然后让维护单元访问以实现远程实时监视和查询，并通过互联网实现[8]。 A. 基本信息模块 该模块具有风电塔筒免爬设备的基本信息管理和用户管理的功能。 风电塔筒免爬设备的基本信息包括风电塔筒免爬设备的名称，地址，维修公司的名称，维护人员的姓名，维护人员的联系信息，风电塔筒免爬设备的制造商，最后 维护时间，下次维护时间，下次年度检查时间和检查单位的名称等。用户管理的设计包括操作员的基本信息，例如他们的姓名，密码和联系信息等。 它可以添加，删除和修改操作员的数量，设置操作员的使用许可。 用户管理还具有一个分级系统，只有拥有权限的人才能查看该信息。 B. 维护信息模块 维护单元有权设置风电塔筒免爬设备的数据管理，故障管理和维护管理功能[9]。 通过网络维护，操作员可以随时检查风电塔筒免爬装置的状况，例如故障风电塔筒免爬装置的清单，要维护的风电塔筒免爬装置的清单以及要进行年度检查的清单。另一方面，操作员可以修改，补充和更新风电塔筒免爬设备的相关信息，设置相关的管理约束。 在软件设计方面，浏览和查询是主要功能。 对于查询，操作员可以从以下方面进行搜索：时间范围，品牌，维修单位，行政区域，维修人员和姓名。对于数据和信息更新，该模块设计了良好的人机交互界面，可以满足功能需求。 C.监测信息模块 监视信息模块用于实时监视风电塔筒免爬设备的运行状态和故障状况[10]。 安全监视中心服务器和维护单元都可以远程监视工作状态，运行状态和下降状态以及与风电塔筒免爬装置的安全性相关的特征参数的其他变化。监视信息模块中设置了故障SMS警报功能。 当风电塔筒免爬设备发生故障时，监控信息模块将在第一时间通过消息通知现场人员。 如果相关人员在指定时间内未能处理该消息，则警报信息将升级，并将错误消息发送给上级相关主管和负责人。 D.数据分析模块 风电塔筒免爬设备安全监控系统的数据分析模块包括两个部分。 一种是在监视终端中完成的基本数据分析，另一种是在服务器中完成的复杂数据分析。通过基本数据分析，监控终端获得风电塔筒免爬装置运行状态数据的信息，并将风电塔筒免爬装置的运行参数与标准参数进行比较，确定风电塔筒免爬装置的运行状态和故障状况。 [11]。当比较结果超出标准参数范围时，错误消息将及时发送给相关管理人员。 服务器的数据分析主要是在一段时间内提取，分析和预测运行状态数据，这将通过数据处理和数据挖掘技术来实现，以达到对故障信息进行预警的目的。 五，总结 基于互联网的风电塔筒免爬装置诊断系统可以实时监控风电塔筒免爬装置的真实运行状态，并在发生故障时及时通知。 它还可以根据严重性对警报信息进行分类。 系统的传输模块有两种类型，GPRS无线传输和光缆传输。大多数风力涡轮机都保留有光纤接口，因此无需布置网络线路，并且安装简单，维护容易。 诊断系统可以自动记录运行状态数据，并根据数据分析结果发送告警信息，分析故障原因，帮助维护人员及时解决问题。维护单位和操作员都可以通过Internet登录以进行监督和管理。 基于互联网的风电塔筒免爬装置的诊断系统在野外无人的情况下完成了工作，为风电塔筒免爬装置的管理工作带来了极大的方便。 一方面可以提高工作效率和管理效率，减轻维修人员的劳动强度。 另一方面，可以最大程度地保证风电塔筒免爬装置的安全运行，具有广泛的社会和经济效益。 出处 The Diagnosis System of Wind Tower Free Climbing Device Based on Internet of Things 15