一种海上风机的健康度数据采集系统及方法与流程

1.本发明属于风电场运维领域，具体涉及一种海上风机的健康度数据采集系统及方法。


背景技术：

2.随着海上风电的逐渐发展，海上风机的大型化会逐渐的转化为一种趋势，随着这一趋势的发展，必然将出现叶片越来越长，塔筒越来越高的情况，另一方面风电行业也面临着平价上网时代的来临，那么新的叶片优化制作方法、塔筒优化制作方法等新技术带来的潜在风险必将成为海上风电运维团队的关注重点。现有技术中，采集海上风机的叶片和塔筒的健康度数据的方法较为单一，且数据传输效率低下。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种海上风机的健康度数据采集系统及方法，以解决现有技术中，采集海上风机的叶片和塔筒的健康度数据的方法较为单一的问题。
4.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
5.第一个方面，本发明实施例提供了一种海上风机的健康度数据采集系统，包括塔底柜数据采集子站、机舱柜数据采集子站、轮毂柜数据采集子站、塔架净空视频装置、叶片视频装置、海底地形地貌监测装置和叶片音频监测装置；
6.所述轮毂柜数据采集子站的信号输入端连接有法兰螺栓松动传感器和光纤载荷传感器，所述轮毂柜数据采集子站的信号输出端连接所述机舱柜数据采集子站的信号输入端；
7.所述机舱柜数据采集子站的信号输入端还连接有塔筒倾角检测传感器，所述机舱柜数据采集子站的信号输出端连接所述塔底柜数据采集子站的信号输入端；
8.所述塔底柜数据采集子站的信号输入端还连接有法兰间隙传感器、基础倾角传感器和应变传感器，所述塔底柜数据采集子站的信号输出端连接风机环网；
9.所述塔架净空视频装置、叶片视频装置、海底地形地貌监测装置和叶片音频监测装置的信号输出端分别连接所述风机环网。
10.进一步的，所述法兰螺栓松动传感器安装在叶片根部，多个所述光纤载荷传感器分别安装在距离叶片根部1.5米的截面和最大弦长截面上。
11.进一步的，距离叶片根部1.5米的截面和最大弦长截面上各安装4个光纤载荷传感器。
12.进一步的，所述轮毂柜数据采集子站的信号输出端通过无线模块通信连接所述机舱柜数据采集子站。
13.进一步的，所述机舱柜数据采集子站的信号输出端通过光纤或网线连接所述塔底柜数据采集子站的信号输入端。
14.进一步的，风机塔筒的每层法兰面上安装4个法兰间隙传感器；风机塔筒中的一个
中间截面上安装6个应变传感器；基础倾角传感器安装在风电机基础上。
15.进一步的，所述塔底柜数据采集子站的信号输出端通过光纤交换机连接风机环网。
16.进一步的，所述塔架净空视频装置和叶片视频装置通过塔筒交换机连接所述风机环网；所述海底地形地貌监测装置和叶片音频监测装置通过光纤交换机连接风机环网。
17.进一步的，所述海底地形地貌监测装置采用多波束测探仪，所述多波束测探仪安装在风电桩基上。
18.第二个方面，本发明实施例提供了一种海上风机的健康度数据采集方法，基于所述的海上风机的健康度数据采集系统，包括如下步骤：
19.法兰螺栓松动传感器和光纤载荷传感器分别采集叶根法兰间隙数据和叶片根部载荷数据，并传输至轮毂柜数据采集子站，轮毂柜数据采集子站将叶根法兰间隙数据和叶片根部载荷数据发送至机舱柜数据采集子站；
20.塔筒倾角检测传感器采集塔筒倾斜数据并传送给机舱柜数据采集子站，机舱柜数据采集子站将叶根法兰间隙数据、叶片根部载荷数据和塔筒倾斜数据传送给塔底柜数据采集子站；
21.法兰间隙传感器、基础倾角传感器和应变传感器分别采集塔筒法兰间隙数据、风电机基础倾角数据和塔筒载荷数据，并发送至塔底柜数据采集子站；
22.塔底柜数据采集子站将叶根法兰间隙数据、叶片根部载荷数据、塔筒倾斜数据、塔筒法兰间隙数据、风电机基础倾角数据和塔筒载荷数据发送至风机环网；
23.塔架净空视频装置、叶片视频装置、海底地形地貌监测装置和叶片音频监测装置分别采集塔架净空数据、叶片净空数据、基础海底地形地貌数据和叶片音频数据发送到风机环网中。
24.本发明的有益效果如下：
25.1)、本发明实施例提供的数据采集系统和方法，使用视频数据和结构数据分开通道传输的方式，加快了数据传输的速度，提高了数据传输以及解析的效率。
26.2)、本发明实施例提供的数据采集系统，用无线传输的方式对轮毂数据和机舱数据进行连接，打破传统轮毂和机舱之间通过风机滑环走线的方式带来的不便。
27.3)、本发明实施例提供的数据采集系统，使用型号统一的采集子站来进行数据传输，通过统一的硬件标准进行数据传输，减少了数据传输需要的时间以及数据传输过程中错误的发生率。
附图说明
28.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
29.图1为本发明实施例健康度数据采集系统的结构框图。
30.图2为本发明实施例健康度数据采集方法中视频数据和结构数据分开传输的示意图。
31.其中：1塔底柜数据采集子站；2机舱柜数据采集子站；3轮毂柜数据采集子站；4塔架净空视频装置；5叶片视频装置；6海底地形地貌监测装置；7叶片音频监测装置；8法兰螺
栓松动传感器；9光纤载荷传感器；10塔筒倾角检测传感器；11法兰间隙传感器；12基础倾角传感器；13应变传感器；14风机环网；15无线模块；16光纤交换机；17塔筒交换机；18音频采集器；19音频监测器。
具体实施方式
32.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
33.以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本技术所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
34.如图1所示，本发明实施例的第一个方面，提供了一种海上风机的健康度数据采集系统，包括塔底柜数据采集子站1、机舱柜数据采集子站2、轮毂柜数据采集子站3、塔架净空视频装置4、叶片视频装置5、海底地形地貌监测装置6和叶片音频监测装置7。
35.具体的实施例中，塔底柜数据采集子站1、机舱柜数据采集子站2、轮毂柜数据采集子站3均为型号相同的plc采集器。海底地形地貌监测装置6采用多波束测探仪，多波束测探仪安装在风电桩基上，将采集到的数据直接接入到风机环网14中。叶片音频监测装置7包括音频采集器18和音频监测器19，音频采集器18安装在塔筒上接近叶片尖部的位置，音频采集器18的信号输出端连接音频监测器19的信号输入端，音频监测器19的信号输出端连接光纤交换机16，以ftp传输协议将数据传送到风机环网14中。塔底柜数据采集子站1利用边缘计算采集系统，采用搭建twincat3系列的cx8190倍福控制器。
36.轮毂柜数据采集子站3的信号输入端连接有法兰螺栓松动传感器8和光纤载荷传感器9，法兰螺栓松动传感器8将检测数据通过rs485通讯协议传送到轮毂柜数据采集子站3，法兰螺栓松动传感器8到轮毂柜数据采集子站3的波特率为19200bps，采用半双工模式。
37.轮毂柜数据采集子站3的信号输出端通过无线模块15(例如无线wifi)通信连接机舱柜数据采集子站2的信号输入端进行数据交互；法兰螺栓松动传感器8安装在叶片根部，距离叶片根部1.5米的截面和最大弦长截面上各安装4个光纤载荷传感器9。
38.机舱柜数据采集子站2的信号输入端还连接有塔筒倾角检测传感器10，塔筒倾角检测传感器10为动态倾角检测传感器，安装在机舱内部和基础上，塔筒倾角检测传感器10将数据通过rs485协议传送给机舱柜数据采集子站2，通讯波特率为115200bps，半双工模式。机舱柜数据采集子站2的信号输出端通过光纤或网线连接塔底柜数据采集子站1的信号输入端，进行通讯。
39.塔底柜数据采集子站1的信号输入端还连接有法兰间隙传感器11、基础倾角传感器12和应变传感器13，塔底柜数据采集子站1的信号输出端通过光纤交换机16连接风机环网14，将数据上传至风机环网并传入上级网络。风机塔筒的每层法兰面上安装4个高精度的法兰间隙传感器11检测法兰面变化，数据通过rs485协议传送到塔底柜数据采集子站1；风机塔筒中的一个中间截面上安装6个应变传感器13，应变传感器13的数据传送到叶根载荷设备，叶根载荷设备通过profibusdp通讯协议将数据传送到塔底柜数据采集子站1；基础倾角传感器12安装在风电机基础上。
40.叶片视频装置5安装在机舱外部，塔架净空视频装置4和叶片视频装置5的信号输出端通过modbustcp协议将数据传送到塔筒交换机17，塔筒交换机17进一步将数据传送到风机环网14；海底地形地貌监测装置6和叶片音频监测装置7的信号输出端通过光纤交换机16连接风机环网14。
41.本发明实施例的第二个方面，提供了一种海上风机的健康度数据采集方法，如图2所示，使用视频数据和结构数据分开通道传输的方式，加快了数据传输的速度，提高了数据传输以及解析的效率。基于海上风机的健康度数据采集系统，包括如下步骤：
42.法兰螺栓松动传感器8和光纤载荷传感器9分别采集叶根法兰间隙数据和叶片根部载荷数据，法兰螺栓松动传感器8将叶根法兰间隙数据通过rs485通讯协议传输至轮毂柜数据采集子站3，法兰螺栓松动传感器8扫轮毂柜数据采集子站3的波特率为19200bps，采用半双工模式。光纤载荷传感器9将叶片根部载荷数据直接送到叶根载荷设备，叶根载荷设备通过profibusdp将数据传输到轮毂柜数据采集子站3。轮毂柜数据采集子站3将叶根法兰间隙数据和叶片根部载荷数据发送至机舱柜数据采集子站2。
43.塔筒倾角检测传感器10采集塔筒倾斜数据并传送给机舱柜数据采集子站2，机舱柜数据采集子站2将叶根法兰间隙数据、叶片根部载荷数据和塔筒倾斜数据传送给塔底柜数据采集子站1。
44.法兰间隙传感器11、基础倾角传感器12和应变传感器13分别采集塔筒法兰间隙数据、风电机基础倾角数据和塔筒载荷数据，并发送至塔底柜数据采集子站1。
45.塔底柜数据采集子站1将每一层塔筒的叶根法兰间隙数据、叶片根部载荷数据、塔筒倾斜数据、塔筒法兰间隙数据、风电机基础倾角数据和每一层塔筒的塔筒载荷数据通过ftp协议发送至风机环网14。
46.塔架净空视频装置4、叶片视频装置5、海底地形地貌监测装置6和叶片音频监测装置7分别采集塔架净空数据、叶片净空数据、基础海底地形地貌数据和叶片音频数据发送到风机环网14中。
47.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。