风电轴承测试数据无线传输系统的设计

马德锋，崔春桃，徐振宇

(1.洛阳轴研科技股份有限公司，河南 洛阳 471039； 2.洛阳市质量技术监督局，河南 洛阳 471003)

中国风力发电行业发展前景广阔，预计未来很长一段时间都将保持高速发展。“十二五”期间，我国风力发电新增装机仍将继续保持较快增长，风电场建设、并网发电、风电设备制造等领域成为投资热点，市场前景看好[1]。风力发电机组轴承作为风力发电机组的主要零部件，其可靠性决定着主机的运行性能及使用寿命，由于大型风电轴承工况比较复杂，温度、湿度和轴承载荷变化很大，所以，人工巡检危险性高且效率低。

数据无线传输系统主要解决大型风电轴承在线监测数据传输的难题。通过无线射频技术，将监测终端采集的轴承运行状态参数传送到远程监控室的上位机，上位机通过分析状态参数判断风电轴承的运行状态是否正常，为风电轴承运行故障预警提供依据，并可依此改进轴承设计参数、加工工艺和润滑等影响轴承运行可靠性的因素，从而进一步提高大型风电轴承在复杂环境下运行的稳定性及可靠性。

1 系统原理

无线传输系统可实时监测大型风电轴承运行的温度、振动、偏移量和转速，主要由现场监测终端和主监控室两大部分组成。现场监测终端安装在被监测的风电轴承系统上，将温度传感器、振动传感器、位移传感器和转速传感器所采集到的数据通过射频技术发送出去，然后通过接收终端传送到上位机，由上位机把相关传感器数据存入数据库或以其他格式存储于电脑中。系统的原理图如图1所示。

图1 无线传输系统原理图

2 系统设计

2.1 硬件设计

由于现场终端需要同时采集4路模拟信号，通过功能与性价比等各项要素，最终选用DTD110FC现场终端数据采集模块，该模块提供1～4路0～5 V模拟量输入，可对传感器输出的电压信号进行采集，同时拥有无线收发数据功能，传输距离可以达到2 000 m以上，DTD110FC发射模块的结构如图2所示。

图2 DTD110FC发射模块结构图

该模块能与DTD433C无线接收终端组成无线数传单元，现场终端可以结合接收终端向所有的DTD110FC发送查询指令，DTD110FC收到查询指令后将采集到的4路传感器信号发送给接收终端，再通过该接收终端自带的RS232接口将数据传输到上位机进行显示和存储。

现场终端和接收终端供电电源均采用外接直流电压 9～24 V(电流大于1 A)供电，现场终端的外接电源由现场产生，经过稳压电路获得；接收终端的外接电源选用型号为ID-60B的开关电源，输入电压为220 V，输出电压为24 V，具有较好的纹波系数。

硬件系统基于FSK调制方式，采用高效前向纠错信道编码技术，提高数据抗突发干扰和随机干扰的能力，可保证高抗干扰能力和低误码率[2]。

2.2 软件设计

2.2.1 通信协议

现场终端：DTD110FC (输入信号为0～5 V)

接收终端：DTD433C

工作方式：查询模式。

串口参数：波特率9 600 bps，数据位8位，停止位1位，无校验。

通信命令：用16进制表示数据。

上位机查询数据格式如表1所示。表1中包头占2个字节，其余各占1个字节。每次发送命令时，必须发送2组协议数据包，共10字节。如果查询2号设备的数据，其数据格式为44 54 11 02 13 44 54 11 02 13。

表1 上位机查询数据格式

下位机上报数据如表2所示。表2中数据标识，编号，校验和各占1个字节，其余各占2个字节。每次接收数据时，接收2组协议数据包，共26字节。

表2 下位机上报数据格式

X1，y1是第一通道电压的转换数据：V1=(X1+256*y1)*5000/4096 (mV)，其他通道与第一通道的计算方法一致。CC为55+nn+X1+y1+X2+y2+X3+y3+X4+y4的单字节校验和。

2.2.2 程序设计

LabWindows/CVI是一个完全的ANSIC开发环境，主要用于仪器控制、自动检测、数据处理[3]。无线传输系统的软件开发基于LabWindows/CVI开发平台。系统主界面如图3所示。系统的程序设计流程如图4所示。

图3 无线传输系统主界面

图4 无线传输系统程序设计流程图

系统初始化程序代码为：OpenComConfig(1,"",9600,0,8,1,32767,32767);

数据采集程序代码为

for(j=0;j<10;j++)

{

ComWrtByte(1,command[j]);//发送

}

其中 command[10]={0x44,0x54,0x11,0x02,0x13,0x44,0x54,0x11,0x02,0x13}。

数据接收时的程序代码为：

strLen=GetInQLen(1);//判断接收数据长度

if(strLen==26)

{

for(i=0;i

{

data[i]=ComRdByte(1);

}

}

else

{

MessagePopup ("Warning!","无接收数据或接收数据错误！");

}

接收到数据后，直接把数据进行转化显示在系统界面上，转换和显示接收到的2号设备第1路信号(模拟电压信号)的程序代码为：

abcd[k]=a1=(data[4]+256*data[5])*5000.0/4096/1000;

SetCtrlVal(PANEL,PANEL_NUMERIC_5,a1);

PlotStripChart (PANEL,PANEL_STRIPCHART,abcd, 1, 0, 0, VAL_DOUBLE)。

用户只需在控制室的电脑上监测各参数的实时曲线即可判断轴承运行状态，直观方便，同时系统会将监测到的数据实时存储于电脑上，方便技术人员查询。

3 结束语

经测试，无线传输系统的传输数据准确，为实时巡检运行中的大型风电轴承提供了可能。而且，无线传输系统具有更大的灵活性，不受制于固定的网络拓扑结构或系统建设，在设备的添加、升级、扩展上享有更大的开放性。基于虚拟仪器技术开发应用软件，直观性强，可大大缩短系统开发周期，同时也能节约大量成本。