风电检测方案
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风电检测配置方案
风力发电是一种成长中的干净的可再生能源。无论是单个机组还是组合机组的风力发电场，它们都是目前世界上发展很快的新能源。风力发电机组原理是将风力机械能转化成电能。风力发电的规模可以从500KW到6MW。最常用的风力发电机组是水平轴布置。有些是三桨叶，上风向并且带有偏航控制，有的则是二桨叶，下风向，自然随风旋转。也有垂直布置的风力发电机组，它们也被称为Darrieus（打蛋形）风力发电机组，根据法国发明家而命名，但是这种打蛋形的设计不是很流行，逐渐被性能较好的水平布置的风力发电机组所代替。风力发电机组基本上是一个大型低速风扇，但是它不是电能驱动，没有将机械能通过减速箱驱动大型低速风扇，相反的，它提供机械能，通过加速箱驱动发电机产生电能。这个反向的过程带有很多会产生振动的旋转部件，长时间的损耗可能会导致最终失效。
1.数据同步采集通道。数据同步采集通道主要取决于振动传感器的安装数量、数据同步采集需求以及风电机组检测装置的可扩展性能。
2.数据采集通道的采样频率。同步数据采集卡的通道采样频率由每通道数据采样频率决定，数据采样频率既不能太低，又不能过高。采样频率过低会使信号产生叠加，不能够正确还原为原数据信号，因此通道采样频率必须要满足采样定理，即fs>=2fc。其中fs为采样频率，fc为采集信号的中心频率。采样频率过高，会产生大量数据，对于数据的后续处理及存储产生不便。
3.采集数据模数转换精度。理论上，模数转换的精度越高越好，但是高精度带来大的数据量，大数据的处理难度较高，因此对于模数转换精度的选取，满足需求即可。
4.数据采集卡的接口类型。数据采集卡的接口用于和中控机进行数据通信。为了便于维修和扩展，拟采用现在比较通用的数据PCI总线接口。
根据以上分析，为了满足风电机组检测装置的同步采集通道较多的需求，拟采用16路同步数据采集卡，主要采用两种方案：采用一块16路同步数据采集卡和多块通路较少的数据采集卡外接同步。
0.5Hz – 10KHz
工作温度
-54 - +121℃
单价
1600左右
加速度振动传感器接口及安装
风力发电机组需要使用到可靠的IP66接头，防止灰尘，水或油的进入。A2A军用Style接头或B2A密封型接头可以给振动传感器提供可靠的连接。特氟龙外套电缆或聚亚安酯电缆和接头配合使用可以为振动传感器提供完全的连接方案。
中控机（工控机）
工业控制计算机是整个检测装置的核心，与普通PC机相比，工控机取消了PC机中的母板，将其变成通用的底板插槽系统，将PC母板分成若干部件，并使用了一些特殊的抗干扰措施，增强了环境的适应性。工控机具有以下特点：
1、可靠性高、可维修性好。
2、环境适应性强。工业控制计算机能够适应高温、潮湿、腐蚀、振动、冲击、粉尘
第一种方案选型如下：
数据采集卡
PCI2008
生产商
北京阿尔泰科技有限公司
转换器类型
AD7865（四芯片）
输入量程
+10V或+5V
转换精度
14bit
物理通道数
16路通道，4芯片（每芯片4路）
数据采集方式
同步采集
通信接口
PCI数据总线Leabharlann Baidu口
采样速率
3-80KHz
单价
9600左右（普通）
备注
工业级数据采集卡价格大概在1.5-2倍左右
第二种方案选型如下：
数据采集卡
PCI8510*2
生产商
北京阿尔泰科技有限公司
转换器类型
AD7612
输入量程
+10V或+5V
转换精度
16bit
物理通道数
8路通道，8芯片
数据采集方式
同步采集
通信接口
PCI数据总线接口
采样速率
1-500KHz
单价
7600左右（一块）
备注
工业级数据采集卡价格大概在1.5-2倍左右；
风力发电机组通常在很高的塔上。其旋转组件很难接近，因此最好是使用螺栓来安装加速度振动传感器。安装平面例如主轴承，齿轮箱和发电机等都需要加工孔口平面，转孔并攻螺纹以便安装振动传感器。
数据采集器（卡）
数据采集器用于同步采集风电机组振动传感器产生的振动模拟信号，并对这些模拟信号进行模数转换，便于中控机对这些信号进行存储处理。理论上讲，同步数据采集器最好根据设计指标需求进行单独设计，这样会降低成本，但是从时间效益方面考虑，不太符合现阶段实际情况，因此拟采用市场上现有的同步数据采集器。同步数据采集器的选型主要从以下几个方面考：
齿轮箱的中间轴和输出轴都会有比较高的旋转速度，并且产生比轴承和齿轮啮合更高的扰动频率。事实上，输出轴的旋转频率在通常情况下比输入轴高50-60倍。测量其带动的齿轮箱和发电机组的高旋转速度需要使用通用型加速度振动传感器。通用型加速度振动传感器可以提供100 mV/g以及30–900000cpm (0.5–15000赫兹)的频率范围。选型为美国CTC公司通用传感器产品AC102-1A、AC192-1A或英国IMI公司通用传感器产品608A11，产品性能参数如下：
AC102-1A性能参数
灵敏度
100mV/g(±5%，±10%可选)
量程
50g
频率响应
2~10,000Hz（±10%)
供电电压
10-14VDC
恒定电流
2-10mA
谐振频率
27KHz
工作温度
-40~+120℃
敏感元件
PZT压电陶瓷
单价
1200左右
608A11性能参数
灵敏度
100mV/g
量程
±50g
频率响应
风力发电机组能否正常工作是运维的核心问题。对风力发电机组来说，主要轴承，齿轮箱和发电机失效是不可以接受的。这些部件的替换将会非常昂贵，而且重量大，安装地点是50-100米的高空上。在风力发电机组上安装永久型加速度振动传感器可以检测下述问题：
•齿轮失效
•齿轮磨损
•叶轮振动
•电子故障
•不平衡
•不对中
•松动
•共振
低频加速度传感器
主要轴承和转轴的速度大约是30-60 rpm。这也是齿轮箱输入轴的旋转速度。旋转频率范围是30–60 cpm (0.5–1.0赫兹)的情况应采用低频加速度振动传感器。测量的范围包括主轴旋转频率，叶片通过频率，主轴承频率，齿轮箱输入轴轴承频率和齿轮啮合频率等等。这些低频加速度振动传感器通常可以提供500mV/g以及12-180000 cpm (0.2–3000赫兹)的频率范围。选型为美国CTC公司低频加速度传感器产品AC135-1A或AC136-1A，主要性能参数如下：
其他设备
网卡10-100M、声卡、串口扩展卡等可选装
服务
提供两年有尝质保,第一年研华免费上门服务,第二年成本维护
单价
4900RMB左右
方案二选型如下:
产品型号
IPC-610MB-25LCE
主板
Intel 945G+ICH7超稳定芯片组
CPU
Intel奔腾双核E5300
主频
2.6GHz
内存
金士顿1GBDDRII
Intel P4（奔腾4）
主频
1.8-3.6（可选装）
内存
DDR 256M、DDR 512、DDR 1G（可选装）
磁盘驱动器
支持3个5.25英寸驱动器、1个3.5英寸软驱（硬盘容量可选），最大500G
接口
2个串口、1个并口、2个前置USB接口、标准键盘鼠标接口
机箱插槽
通用14槽无源底板4个PCI、8个ISA、带PFC（功率因数补偿）电源的高效300 W ATX和易于维护的双冷却风扇。
硬盘
希捷500G7200转/分
接口
5个通用32位PCI槽，1个PCI-E×16,1个PCI-E×1，1个网口，2个串口，6个USB口(最多可以接8个），1个并口
单价
5000RMB左右
方案3选型如下：
产品型号
IPC-610L/SIMB-A01
CPU
Intel P4（奔腾4）
主频
3.0GHz
内存
1GHzDDR
电气特性
灵敏度
100mV/g±10%(25℃)
频率响应
0.1-10000Hz（±3dB）
0.6-3000Hz (±10%)
最高振幅
±10g PEAK
供电电压
18-30 VDC
恒定电流
2-10mA
环境指标
工作温度
-50℃～+121℃
最大抗冲击
5000g
物理参数
敏感元件
PZT压电陶瓷
谐振频率
23KHz
通用型加速度振动传感器
等环境，并且有较强的抗电磁干扰能力。
3、能够满足控制系统的实时性控制要求，且开放性高。
4、具有完善的过程输入输出通道，能够满足生产过程的控制要求。
5、能够满足大多数生产过程的控制精度和运算速度要求。
通过查看相关论文，系统拟采用研华工控机产品，方案一选型如下：
产品型号
IPC-610H-6010VG
CPU
硬盘
500G
接口
5个PCI槽，1个PCI-E槽，4个COM口，2个千兆网口，1个并口，6个USB口，4个内存槽，键盘鼠标
单价
3900RMB左右
风力发电是一种成长中的干净的可再生能源。无论是单个机组还是组合机组的风力发电场，它们都是目前世界上发展很快的新能源。风力发电机组原理是将风力机械能转化成电能。风力发电的规模可以从500KW到6MW。最常用的风力发电机组是水平轴布置。有些是三桨叶，上风向并且带有偏航控制，有的则是二桨叶，下风向，自然随风旋转。也有垂直布置的风力发电机组，它们也被称为Darrieus（打蛋形）风力发电机组，根据法国发明家而命名，但是这种打蛋形的设计不是很流行，逐渐被性能较好的水平布置的风力发电机组所代替。风力发电机组基本上是一个大型低速风扇，但是它不是电能驱动，没有将机械能通过减速箱驱动大型低速风扇，相反的，它提供机械能，通过加速箱驱动发电机产生电能。这个反向的过程带有很多会产生振动的旋转部件，长时间的损耗可能会导致最终失效。
1.数据同步采集通道。数据同步采集通道主要取决于振动传感器的安装数量、数据同步采集需求以及风电机组检测装置的可扩展性能。
2.数据采集通道的采样频率。同步数据采集卡的通道采样频率由每通道数据采样频率决定，数据采样频率既不能太低，又不能过高。采样频率过低会使信号产生叠加，不能够正确还原为原数据信号，因此通道采样频率必须要满足采样定理，即fs>=2fc。其中fs为采样频率，fc为采集信号的中心频率。采样频率过高，会产生大量数据，对于数据的后续处理及存储产生不便。
3.采集数据模数转换精度。理论上，模数转换的精度越高越好，但是高精度带来大的数据量，大数据的处理难度较高，因此对于模数转换精度的选取，满足需求即可。
4.数据采集卡的接口类型。数据采集卡的接口用于和中控机进行数据通信。为了便于维修和扩展，拟采用现在比较通用的数据PCI总线接口。
根据以上分析，为了满足风电机组检测装置的同步采集通道较多的需求，拟采用16路同步数据采集卡，主要采用两种方案：采用一块16路同步数据采集卡和多块通路较少的数据采集卡外接同步。
0.5Hz – 10KHz
工作温度
-54 - +121℃
单价
1600左右
加速度振动传感器接口及安装
风力发电机组需要使用到可靠的IP66接头，防止灰尘，水或油的进入。A2A军用Style接头或B2A密封型接头可以给振动传感器提供可靠的连接。特氟龙外套电缆或聚亚安酯电缆和接头配合使用可以为振动传感器提供完全的连接方案。
中控机（工控机）
工业控制计算机是整个检测装置的核心，与普通PC机相比，工控机取消了PC机中的母板，将其变成通用的底板插槽系统，将PC母板分成若干部件，并使用了一些特殊的抗干扰措施，增强了环境的适应性。工控机具有以下特点：
1、可靠性高、可维修性好。
2、环境适应性强。工业控制计算机能够适应高温、潮湿、腐蚀、振动、冲击、粉尘
第一种方案选型如下：
数据采集卡
PCI2008
生产商
北京阿尔泰科技有限公司
转换器类型
AD7865（四芯片）
输入量程
+10V或+5V
转换精度
14bit
物理通道数
16路通道，4芯片（每芯片4路）
数据采集方式
同步采集
通信接口
PCI数据总线Leabharlann Baidu口
采样速率
3-80KHz
单价
9600左右（普通）
备注
工业级数据采集卡价格大概在1.5-2倍左右
第二种方案选型如下：
数据采集卡
PCI8510*2
生产商
北京阿尔泰科技有限公司
转换器类型
AD7612
输入量程
+10V或+5V
转换精度
16bit
物理通道数
8路通道，8芯片
数据采集方式
同步采集
通信接口
PCI数据总线接口
采样速率
1-500KHz
单价
7600左右（一块）
备注
工业级数据采集卡价格大概在1.5-2倍左右；
风力发电机组通常在很高的塔上。其旋转组件很难接近，因此最好是使用螺栓来安装加速度振动传感器。安装平面例如主轴承，齿轮箱和发电机等都需要加工孔口平面，转孔并攻螺纹以便安装振动传感器。
数据采集器（卡）
数据采集器用于同步采集风电机组振动传感器产生的振动模拟信号，并对这些模拟信号进行模数转换，便于中控机对这些信号进行存储处理。理论上讲，同步数据采集器最好根据设计指标需求进行单独设计，这样会降低成本，但是从时间效益方面考虑，不太符合现阶段实际情况，因此拟采用市场上现有的同步数据采集器。同步数据采集器的选型主要从以下几个方面考：
齿轮箱的中间轴和输出轴都会有比较高的旋转速度，并且产生比轴承和齿轮啮合更高的扰动频率。事实上，输出轴的旋转频率在通常情况下比输入轴高50-60倍。测量其带动的齿轮箱和发电机组的高旋转速度需要使用通用型加速度振动传感器。通用型加速度振动传感器可以提供100 mV/g以及30–900000cpm (0.5–15000赫兹)的频率范围。选型为美国CTC公司通用传感器产品AC102-1A、AC192-1A或英国IMI公司通用传感器产品608A11，产品性能参数如下：
AC102-1A性能参数
灵敏度
100mV/g(±5%，±10%可选)
量程
50g
频率响应
2~10,000Hz（±10%)
供电电压
10-14VDC
恒定电流
2-10mA
谐振频率
27KHz
工作温度
-40~+120℃
敏感元件
PZT压电陶瓷
单价
1200左右
608A11性能参数
灵敏度
100mV/g
量程
±50g
频率响应
风力发电机组能否正常工作是运维的核心问题。对风力发电机组来说，主要轴承，齿轮箱和发电机失效是不可以接受的。这些部件的替换将会非常昂贵，而且重量大，安装地点是50-100米的高空上。在风力发电机组上安装永久型加速度振动传感器可以检测下述问题：
•齿轮失效
•齿轮磨损
•叶轮振动
•电子故障
•不平衡
•不对中
•松动
•共振
低频加速度传感器
主要轴承和转轴的速度大约是30-60 rpm。这也是齿轮箱输入轴的旋转速度。旋转频率范围是30–60 cpm (0.5–1.0赫兹)的情况应采用低频加速度振动传感器。测量的范围包括主轴旋转频率，叶片通过频率，主轴承频率，齿轮箱输入轴轴承频率和齿轮啮合频率等等。这些低频加速度振动传感器通常可以提供500mV/g以及12-180000 cpm (0.2–3000赫兹)的频率范围。选型为美国CTC公司低频加速度传感器产品AC135-1A或AC136-1A，主要性能参数如下：
其他设备
网卡10-100M、声卡、串口扩展卡等可选装
服务
提供两年有尝质保,第一年研华免费上门服务,第二年成本维护
单价
4900RMB左右
方案二选型如下:
产品型号
IPC-610MB-25LCE
主板
Intel 945G+ICH7超稳定芯片组
CPU
Intel奔腾双核E5300
主频
2.6GHz
内存
金士顿1GBDDRII
Intel P4（奔腾4）
主频
1.8-3.6（可选装）
内存
DDR 256M、DDR 512、DDR 1G（可选装）
磁盘驱动器
支持3个5.25英寸驱动器、1个3.5英寸软驱（硬盘容量可选），最大500G
接口
2个串口、1个并口、2个前置USB接口、标准键盘鼠标接口
机箱插槽
通用14槽无源底板4个PCI、8个ISA、带PFC（功率因数补偿）电源的高效300 W ATX和易于维护的双冷却风扇。
硬盘
希捷500G7200转/分
接口
5个通用32位PCI槽，1个PCI-E×16,1个PCI-E×1，1个网口，2个串口，6个USB口(最多可以接8个），1个并口
单价
5000RMB左右
方案3选型如下：
产品型号
IPC-610L/SIMB-A01
CPU
Intel P4（奔腾4）
主频
3.0GHz
内存
1GHzDDR
电气特性
灵敏度
100mV/g±10%(25℃)
频率响应
0.1-10000Hz（±3dB）
0.6-3000Hz (±10%)
最高振幅
±10g PEAK
供电电压
18-30 VDC
恒定电流
2-10mA
环境指标
工作温度
-50℃～+121℃
最大抗冲击
5000g
物理参数
敏感元件
PZT压电陶瓷
谐振频率
23KHz
通用型加速度振动传感器
等环境，并且有较强的抗电磁干扰能力。
3、能够满足控制系统的实时性控制要求，且开放性高。
4、具有完善的过程输入输出通道，能够满足生产过程的控制要求。
5、能够满足大多数生产过程的控制精度和运算速度要求。
通过查看相关论文，系统拟采用研华工控机产品，方案一选型如下：
产品型号
IPC-610H-6010VG
CPU
硬盘
500G
接口
5个PCI槽，1个PCI-E槽，4个COM口，2个千兆网口，1个并口，6个USB口，4个内存槽，键盘鼠标
单价
3900RMB左右