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風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)
摘要：對(duì)于當(dāng)今的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，特別是輸出功率達(dá)到兆瓦級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來說，保持高可利用率是重中之重。因此，中國(guó)最大的風(fēng)電整機(jī)制造商金風(fēng)科技研發(fā)了一套全新的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的所有功能都基于倍福的 PC 控制技術(shù)和 EtherCAT 技術(shù)，控制平臺(tái)可以實(shí)時(shí)通信，降低維護(hù)成本，提高風(fēng)機(jī)的可利用率。
對(duì)于當(dāng)今的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，特別是輸出功率達(dá)到兆瓦級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來說，保持高可利用率是重中之重。
因此，中國(guó)最大的風(fēng)電整機(jī)制造商金風(fēng)科技研發(fā)了一套全新的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的所有功能都基于倍福的 PC 控制技術(shù)和 EtherCAT 技術(shù)，控制平臺(tái)可以實(shí)時(shí)通信，降低維護(hù)成本，提高風(fēng)機(jī)的可利用率。
金風(fēng)科技很早就在其風(fēng)機(jī)中加裝了狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)并確定各個(gè)系統(tǒng)組件的運(yùn)行狀態(tài)。通過使用合適的傳感器，狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CMS）可以獲取和分析噪聲、振動(dòng)和溫度數(shù)據(jù)等，并及時(shí)預(yù)警各個(gè)組件可能出現(xiàn)的故障。機(jī)組運(yùn)行人員或維護(hù)人員可通過方便的可視化人機(jī)界面得到風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行期間風(fēng)機(jī)相關(guān)部件出現(xiàn)的異常信息，預(yù)測(cè)將會(huì)出現(xiàn)的故障并及時(shí)做出相應(yīng)的維護(hù)處理，從而提高風(fēng)機(jī)可利用率，避免部件嚴(yán)重?fù)p壞或發(fā)生大的故障。尤其是對(duì)于交通不便的海上離岸風(fēng)電機(jī)組，在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是必備選項(xiàng)。
在用戶方面，原有的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)黑匣子，軟件在開放程度上受到了制約。另一個(gè)缺點(diǎn)是，無法同步采集振動(dòng)數(shù)據(jù)與風(fēng)機(jī)的工況數(shù)據(jù)（例如風(fēng)速、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、偏航角度、槳距角等）。此外，隨著裝機(jī)量的提升和風(fēng)機(jī)的智能化發(fā)展，原有的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于風(fēng)機(jī)狀態(tài)的分析受到了很大限制，因此系統(tǒng)已不能滿足技術(shù)和市場(chǎng)的要求。
倍福將持續(xù)助力金風(fēng)科技不斷完善風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，推動(dòng)發(fā)展廉價(jià)、可靠、可持續(xù)的未來能源
金風(fēng)科技多年來一直使用開放式自動(dòng)化技術(shù)，從 2014 年采用倍福基于 PC 的控制技術(shù)，并著手研發(fā)全新的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
顯著提升風(fēng)機(jī)可利用率
全新在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的目標(biāo)是保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在全生命周期內(nèi)的成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，降低風(fēng)機(jī)的故障率，降低維護(hù)成本，縮短停機(jī)時(shí)間，最終提高風(fēng)機(jī)的可利用率。
針對(duì)大兆瓦風(fēng)機(jī)，金風(fēng)的相關(guān)研發(fā)部門對(duì)風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)性的全面分析和計(jì)算，并得出了明確的結(jié)論：為了同步采集發(fā)電機(jī)軸承上的所有狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括高頻的加速度數(shù)據(jù)，在現(xiàn)有的傳動(dòng)鏈狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上開發(fā)了最新最先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。新系統(tǒng)不僅能夠采集葉片輪轂振動(dòng)及應(yīng)變數(shù)據(jù)，而且還能夠同步采集風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)軸承、風(fēng)機(jī)塔筒振動(dòng)及應(yīng)變數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通過風(fēng)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。
智能風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)解決方案
金風(fēng)科技開發(fā)的基于倍福的 TwinCAT 3 自動(dòng)化軟件的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以獨(dú)立運(yùn)行。
狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用的控制系統(tǒng)架構(gòu)和功能組件如下：
– 采用 64 位操作系統(tǒng) Windows Embedded Standard 7 并搭載 Intel Atom? 多核處理器（時(shí)鐘頻率為 1.75 GHz）的 CX5130 嵌入式控制器用作狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心控制器
– 通過具有超采樣功能的 XFC EtherCAT 狀態(tài)監(jiān)測(cè)端子模塊（IEPE）EL3632 采集發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng)和加速度信號(hào)，采樣率高達(dá) 50 ksamples/s，各通道的同步精度都<100 ns。用戶可以根據(jù)具體需要對(duì)采樣率和超采樣因子進(jìn)行參數(shù)設(shè)置
– 通過 TwinCAT ADS 通信同時(shí)采集風(fēng)機(jī)的所有狀態(tài)數(shù)據(jù)
– 通過控制器中的 TwinCAT Wind framework 同步采集原始數(shù)據(jù)和工況數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)及其計(jì)算結(jié)果由 TwinCAT 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器直接保存在本地的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中
– 利用 TwinCAT 狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能庫(kù)中的流式算法實(shí)時(shí)在線分析功率譜和力矩系數(shù)等數(shù)據(jù)。分析結(jié)果實(shí)時(shí)輸出到數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)反饋給風(fēng)機(jī)的主控系統(tǒng)，為智能風(fēng)機(jī)提供智能化的診斷數(shù)據(jù)
– 所有信息都可以存儲(chǔ)在本地或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)中。金風(fēng)科技認(rèn)為，狀態(tài)監(jiān)測(cè)服務(wù)器可以通過數(shù)據(jù)庫(kù)遠(yuǎn)程訪問各風(fēng)機(jī)的原始數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果，這在傳統(tǒng)的 CMS 系統(tǒng)中是不可能實(shí)現(xiàn)的。
基于 TwinCAT的 CMS 系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線采集發(fā)電機(jī)軸承的振動(dòng)數(shù)據(jù)，并通過 TwinCAT Wind framework 快速存入本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)
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