原標題：大佬講解測控系統(tǒng)(五)，風電測控系統(tǒng)設(shè)計方案(下篇)

大佬講解測控系統(tǒng)(五)：風電測控系統(tǒng)設(shè)計方案(下篇)

一、引言

在風電測控系統(tǒng)的設(shè)計中，除了基本的硬件架構(gòu)和軟件流程設(shè)計外，對于特定信號的采集與處理，如振動噪聲信號，也是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。本篇將深入探討風電測控系統(tǒng)中振動噪聲信號的采集與處理方案，以及整個系統(tǒng)的優(yōu)化與實現(xiàn)。

二、振動噪聲信號采集方案

1. 采集需求

• 在風電測控系統(tǒng)中，對振動噪聲信號的采集至關(guān)重要。試驗方法往往關(guān)心多個測試點振動信號的相位關(guān)系，因此要求系統(tǒng)能夠同步采集這些信號。

2. 采集設(shè)備

• 系統(tǒng)采用8通道的NIPXI-4472動態(tài)信號分析儀進行噪聲和振動信號的采集。這種設(shè)備具有高精度、高靈敏度和多通道同步采集的能力。

3. 同步采集實現(xiàn)

• 為確保多個通道的同步采集，系統(tǒng)利用PXI-1050背板上的10MHz系統(tǒng)時鐘。這個統(tǒng)一的時鐘信號通過PXI時鐘觸發(fā)同步總線傳遞到各個模塊，實現(xiàn)模塊間的時鐘同步。

• 除了時鐘信號統(tǒng)一外，還需要觸發(fā)信號來觸發(fā)各模塊同時開始工作。系統(tǒng)將插在PXI-1050機箱2槽的PXI-4472作為主板卡（Master Device），其他槽位的PXI-4472作為從板卡（Slave Device）。從主板卡發(fā)送觸發(fā)信號，該信號通過星形觸發(fā)總線（Star Trigger）到達各從板卡，確保觸發(fā)信號偏斜小于1ns，主板卡到各從板卡之間的時延不超過5ns。

4. 采集參數(shù)設(shè)置

• 根據(jù)齒輪箱測試試驗標準，系統(tǒng)需要關(guān)心24路振動和2路噪聲信號，因此需要使用4塊PXI-4472動態(tài)信號分析儀。

• 試驗標準要求每隔15分鐘進行一次振動噪聲信號采集和實時頻域傅立葉分析，關(guān)心的頻率分辨率為0.5Hz，帶寬為20kHz，16次譜平均。對于振動信號，需要進行頻帶能量計算；對于噪聲信號，需要進行等效聲壓級計算。

三、數(shù)據(jù)處理與分析

1. 實時處理

• 在采集到振動噪聲信號后，系統(tǒng)需要進行實時處理。這包括對信號進行濾波、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等預(yù)處理操作，然后進行頻域傅立葉分析，提取信號的頻譜特征。

• 對于振動信號，系統(tǒng)需要計算其頻帶能量；對于噪聲信號，需要計算其等效聲壓級。這些參數(shù)對于評估風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)至關(guān)重要。

2. 數(shù)據(jù)存儲與回放

• 處理后的數(shù)據(jù)需要存儲到數(shù)據(jù)庫中，以便后續(xù)的分析和查詢。同時，系統(tǒng)還需要提供數(shù)據(jù)回放功能，方便用戶查看歷史數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。

四、系統(tǒng)優(yōu)化與實現(xiàn)

1. 性能優(yōu)化

• 在風電測控系統(tǒng)中，處理器需要同時進行流程執(zhí)行、環(huán)境參數(shù)采集、運動控制通信及數(shù)字I/O通信等多項任務(wù)。這對處理器的速度和內(nèi)存提出了更高的要求。

• 為提高系統(tǒng)性能，將監(jiān)控終端應(yīng)用程序和嵌入式實時控制器程序分開運行。嵌入式實時控制器程序在實時操作系統(tǒng)中獨立運行，確保高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)采集和控制任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行。這種設(shè)計有效分流了內(nèi)存和CPU資源，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。

2. 擴展性與可維護性

• 系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，方便用戶根據(jù)實際需求進行定制和擴展。同時，系統(tǒng)還提供了豐富的接口和協(xié)議支持，方便與其他系統(tǒng)進行集成和通信。

• 為保證整個系統(tǒng)的可擴展性、可更換性和維修簡易性，測試系統(tǒng)到現(xiàn)場傳感器執(zhí)行器之間必須具備擴展性強、可靠性強的信號電氣連接器。系統(tǒng)設(shè)計了混裝模塊連接器實現(xiàn)到現(xiàn)場的電氣連接，將信號分為環(huán)境參數(shù)、數(shù)字I/O信號及噪聲振動信號三組電氣連接，使用DIN標準外殼和鋁制框分別封裝，接口采用線簧連接器。這種設(shè)計插拔次數(shù)大于2萬次，具有模塊化可擴展性強、接觸電阻小、負載電流大、抗震性能好及插拔力輕等優(yōu)點。

3. 實時性與可靠性

• 風電測控系統(tǒng)對實時性和可靠性要求極高。系統(tǒng)采用實時操作系統(tǒng)和可靠的硬件設(shè)計，確保了對聲音振動信號的實時分析和處理。同時，系統(tǒng)還提供了多種報警和故障檢測機制，及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在問題，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

五、結(jié)論

本篇詳細介紹了風電測控系統(tǒng)中振動噪聲信號的采集與處理方案，以及整個系統(tǒng)的優(yōu)化與實現(xiàn)。通過采用NIPXI-4472動態(tài)信號分析儀、PXI總線技術(shù)和實時操作系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)實現(xiàn)了高精度、高靈敏度和多通道同步采集的振動噪聲信號采集與處理。同時，通過性能優(yōu)化、擴展性與可維護性設(shè)計以及實時性與可靠性保障等措施，系統(tǒng)滿足了風電測控系統(tǒng)對高精度、高可靠性和實時性的要求。未來，隨著風電行業(yè)的不斷發(fā)展和技術(shù)進步，風電測控系統(tǒng)將在保障風力發(fā)電機組安全、高效運行方面發(fā)揮更加重要的作用。