借助集中式数据采集开发在线风电场状态监测系统

挑战: 开发诊断网络，自动追踪锋利涡轮机的状态，并具备集中存取功能，让用户对获取的信息进行离线分析。

解决方案: 使用NILabVIEW开发应用，进行数据采集、数据管理、为应用提供网络存取功能，并使用NI CompactDAQ进行数据采集，以便在单一设备上调节并获取不同的信号。


构成该应用的模块示意图


CARTIF的工业诊断与预测维护工程师，工作內容是开发诊断式工业环境系统。 而这些系统必须能取得如振动、电子与高低频率的各种数位信号，并达到高存数容量。许多情况下，我们必须在整个电力生产过程不断操作这些系统。

对风力涡轮而言，其功能与设计阶段的数据采集、诊断与存储需求，均近似于任何旋转机器的应用。 在风力涡轮的应用上，我们必须诊断多台机器，也因此大幅提高了资料与诊断的数量，使中央处理压力增大。

在与Iberdrola Renovables公司合作中，我们开发的解決方案，可向所有机器提供独立的诊断装置、分散式 PostgreSQL数据库，同时每个风力电厂搭配1组服务器，和1组中央服务器。 我们对界面进行修改使其可用于网络浏览器，从而分散资料的存取。 有了LabVIEW网络服务器工具组，我们开发的应用可供单机使用，并可发布到网络上。 因此，我们使用LabVIEW作为单一的开发工具，在不考虑个别功能的安装位置、沟通方式，与用户使用方式的情况下，整合数据采集、信号处理以及界面设计。

数据采集

根据诊断需求，我们必须从每座风力涡轮机中采集多个信号。 我们安装了第一款原型，它具备8组ICP加速度计、5组电容加速度计、3组电流钳、3组电压传感器和2个测量速度的电感传感器。 在考虑了各种信号类型之后，我们选择使用NI CompactDAQ系统，其中包含NI cDAQ-9172 8槽机箱、NIUSB-9233加速度计、NI 9205 C系列模拟输入模块、NI 9423漏极输入C系列模块，与NI 9474 C系列电子输出模块。

由于该系统在研究过程中能以可变速度操作，所以该系统符合我们对信号采集的多种需求，包括将速度信号与其余用作分析的信号同步。 因为与缓慢转动轴相关因素的一般频率非常低，而且该系统某时间段内的旋转速度数据变动性并不高且便于分析，所以该系统还能够在较长时间内连续地进行数据采集。

为了设定指定的采集时段，我们只有在所需的采集时段内、速度变动百分比在不超过某个阀值时才能进行数据存储。 这种方法相当于使用触发软件，该软件中已存储的资料会对应预触发时间，并且触发条件时由某个计算所决定，此计算会决定以往数据中的最高速度变化。

除了编码器信号，针对8个模拟通道，该系统可实现连续25 kHz的传输率，从而将资料连续存储至磁盘，并能够在所需时间内获得该频率的信号。

诊断应用

考虑到动力相对的不足，该系统会逐次采集资料并稍后处理所收集到的资料。 在每一轮的基础上我们进行不同通道和频率的采集，这是根据定期诊断进行的；我们将全部的结果存储在本地资料库中，并且只将最显著的结果或警报发送至中央数据库。

多个模块组成应用程序， 监督模块读取数据库设定，并根据这些设定、命令在预定时间执行各种采集、后续处理与可用数据的诊断。 用户界面模块提供已采集信号的存取，以及用诊断结果进行简单的分析功能，例如1个或多个采集的快速傅里叶(FFT)显示，而且该模块可互相比较。 无需下载已采集的信号，任何用户都可以通过网络浏览器连接至该界面。

模块化设计便于处理演算法的执行修改，且不必重新便宜编译应用程序就能增加新的功能。 在此案例中，该演算法位于动态连接库，可在系统处理没有运行时对其进行编辑。

诊断网络

该系统的管理机制可方便每个数据库保持最新状态，即使其中一个点失去了联系，所有的机器仍会连续自动进行预订的诊断。
我们设计了一个位于中央服务器上、可从任何网络浏览器存取、监控或进行数据采集(SCADA)的用户界面，所以该应用程序的用户能够快速获得各种机器所产生的诊断信息，并且具有高度的灵活性。 为了快速地存取或分析采集的信号，用户可以连接到机器上(而非中央服务器上)的界面。 在Apache服务器上，我们将该方法建立在LabVIEW应用程序上。

为了在测试期间让各种网络元素相互通信，我们建立了一个无线诊断网络，使其独立于风力场中所有其他通信之外。

使用LabVIEW简化模块集成

我们使用LabVIEW作为整个诊断应用程序的开发软件。 LabVIEW图形化编程环境，不需任何额外费用即可将模块整合至研发阶段。 尽管我们独立设计了数据采集、处理与诊断模块，此模块设计能够推进软件开发过程，并且可以根据计算要求与设备功能，在不同平台(或多核心系统及不同的微处理器)上执行该模块。 我们在Iberdrola Renovables公司的电厂中实现了该系统，他们的大力支持对我们项目的开展起了巨大的作用。