CN112799378A - 一种用于风力发电机组硬件信号的诊断及模拟方法 - Google Patents

Abstract

一种用于风力发电机组硬件信号的诊断及模拟方法，通过预设工控设备各类型传感器标准信号特征，并将传感器标准信号特征作为比较值输入控制器中作为标准值，再采集各类型传感器实测的信号值作为输入传感器或元器件信号，采取比对方式对比测试输入传感器或元器件信号与标准值，通过对比判断输入传感器或元器件信号是否正常，同时模拟输出各传感器标准信号；提高传感器或元器件诊断、相关线路排查的效率。本发明通过将输入传感器或元器件信号与标准信号值进行比对，可以实时判断所输入的传感器或元器件信号是否正常，从而判断出传感器或元器件的工作状态。

Description

一种用于风力发电机组硬件信号的诊断及模拟方法

技术领域

本发明涉及到一种风力发电机组***部件的检测方法，尤其是指一种用于风力发电机组硬件信号的诊断及模拟方法，该种用于风力发电机组硬件信号的诊断及模拟方法可以快速准确的判断风力发电机组硬件的故障原因，并进行信号模拟；属于风力发电机组部件控制技术领域。

背景技术

风力发电是指把风的动能转为电能。风能是一种清洁无公害的可再生能源能源，因此风力发电作为一种清洁能源发电，目前越来越受到世界各国的高度关注，风力发电行业在近些年以来有着快速的发展。但是另一方面，风力发电机组为复杂的机电一体化设备，为了保证整套***的正常运转需要实时对整个个***的各个部件运行状态进行监控；因此在整个***中设置有大量的检测器件，这些检测器件包括大量的传感器，专有信号采集转换模块，PLC模块等工控元器件都大量地投入使用，并快速迭代。

可是这些检测硬件设备再运行中会出现这样或那样的问题，导致所采集的数据不准确；这将严重地影响检测的准确性；可以目前对于这些检测传感器的好与坏都必须完全靠检修人员现场检测去度复杂的线路排查、判定，效率很低，而且操作复杂，容易误判，因此及有待对此加以改进。

通过专利检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，但有与本发明有一定关系的论文和专利文献报道，主要有以下几个：

1、专利号为CN201310182102.5，名称为“基于模糊Petri网的风电机组液压变桨***故障诊断方法”，申请人为：华北电力大学的发明专利，该专利公开了一种基于模糊Petri网的风电机组液压变桨***故障诊断方法，属于风电机组液压变桨***故障诊断技术领域。确定顶事件，再找出事件发生的直接原因，依此类推，直到找出导致***故障的最底层原因，建立液压变桨距***故障Petri网模型；由各库所间关系获得液压变桨***各故障库所的可达集合等；分析故障库所的立即可达集合等，根据模糊产生式规则、变迁触发规则和模糊推理算法，确定故障产生原因及故障库所可信度，实现风电机组液压变桨距***的故障诊断。

2、《可再生能源》2017年2月，第35卷，第2期，作者肖成、刘作军、张磊发表了“基于SCADA***的风电变桨故障预测方法研究”，该论文公开了对未来30min的风电机组变桨故障进行预测，通过分析变桨***潜在故障，制定维护保养计划；针对兆瓦级风电机组，分析SCADA***的数据，提取变桨距***故障特征；从风速、风向、桨距角和电机转速的输入、输出关系出发，应用多元线性回归分析和BP神经网络分别对变桨***进行模型训练，对比两种算法的预测能力。通过分析故障预测模型性能指标、误差指标和输出数据图形可知，BP神经网络在风电变桨***中的故障预测效果优于多元线性回归预测。

3、《中国电子科学研究院学报》2007年8月，第4期，作者苏建元, 俞华, 王大伟,方建发表了“工业控制***的功能安全与故障诊断关键技术研究”，该论文公开了

功能安全的主要研究内容和故障诊断的相关理论与算法, 分析了它们之间的关系, 围绕***生命周期探讨了工业控制***功能安全的一般设计方法和安全措施, 通过分析进一步明确了它们的研究范围, 对提高安全控制***的设计和管理水平具有一定的指导意义；主要讨论功能安全和故障诊断的基本概念 、功能安全等级的评估技术、故障诊断的主要算法等, 尽力理清功能安全和故障诊断主要理论和关键技术。

通过对上述这些专利和论文的仔细分析，这些专利虽然分别涉及了对风力发电机组的故障诊断分析或工业控制***的故障诊断分析研究，也提出了一些对风力发电机组故障的分析处理方案，但通过仔细分析，该些专利和论文对都风力发电机组故障的分析处理存在局限性，尤其是缺少对传感器本身的检查与自主判断，因此在实际应用过程中仍会出现前面所述的问题，所以仍有待进一步加以研究改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有风力发电机组故障的分析处理存在局限性，缺少对传感器本身的检查与自主判断的不足，提出一种新的风力发电机组硬件信号的诊断及模拟方法，该种风力发电机组硬件信号的诊断及模拟方法能对风力发电机组的所有风力发电机组硬件信号的状态进行诊断及信号模拟，以便及时发现故障工况检测部件，有效地提高风电机组运行的可维护性、稳定性和可靠性。

为了达到这一目的，本发明提供了一种用于风力发电机组硬件信号的诊断及模拟方法，通过预设工控设备各类型传感器标准信号特征，并将传感器标准信号特征作为比较值输入控制器中作为标准值，再采集各类型传感器实测的信号值作为输入传感器或元器件信号，通过比对方式对比测试输入传感器或元器件信号与标准值，通过对比判断输入传感器或元器件信号是否正常；同时模拟输出各传感器标准信号；提高传感器或元器件诊断、相关线路排查的效率。

进一步地，所述的将传感器标准信号特征作为比较值输入控制器中作为标准值是将数字量、模拟量、通讯协议的各种传感器或元器件所发出的正常的信号值得特征作为标准值。

进一步地，所述的采集各类型传感器实测的信号值作为输入传感器或元器件信号是将实际上各种数字量、模拟量、通讯协议的传感器或元器件所传输的信号特征作为测试输入传感器或元器件信号。

进一步地，所述的对比判断输入传感器或元器件信号是否正常包括信号诊断和信号模拟两个方面；通过信号诊断和信号模拟给出被测器件功能是否正常的判断值，以及被测线路及PLC模块功能是否正常。

进一步地，所述的信号诊断用于判定风电机组上传感器或元器件功能是否正常，操纵步骤如下：

1）将被测器件连接至设备对外信号输入接口，通过设备人机交互界面上选择被测器件类型等信息；

2）设备信号采集单元将被测器件信号采集后发送给设备处理单元；

3）设备处理单元根据预设程序解析被测器件信号；

4）在人机交互界面上显示被测器件型号解析值，并给出被测器件功能是否正常的判断值。

进一步地，所述的信号模拟用于判定风电机组传感器后端的线路及PLC模块功能是否正常，操纵步骤如下：

1）将设备对外信号输出接口连接至传感器对应的线路；

2）在设备人机交互界面上选取待模拟的信号，建立传感器模拟的标准信号；

3）通过设备处理单元根据预设程序周期采集各类型传感器实测的实测信号值作为输入传感器或元器件信号；

4）操作人员对比设备人机交互界面的实测信号值与PLC模块HMI上标准信号显示值；

5）通过对比判断被测线路及PLC模块功能是否正常。

一种用于风力发电机组硬件信号的诊断及模拟***，包括：电源模块、处理单元、信号采集单元、信号模拟输出单元、存储单元、通讯模块、人机交互面板；所述电源模块进行电源管理；所述处理单元为***的核心，信号采集单元采集的各类信号处理后，送入处理单元与存储单元标准信号作对比分析、存储，并由处理单元给出诊断结果；所述信号采集单元通过对外信号输入接口接入待诊断的传感器或元器件，采集及处理传感器或元器件的输入信号；所述信号模拟单元通过对外信号输出接口接入待测线路，按需输出开关量、模拟量、通讯模拟信号；所述存储单元存储各传感器或元器件的标准信号特征，以及测量数据；所述对外通讯单元通过对外通讯接口，实现与外部设备的数据转储；所述人机交互面板显示各信号的波形对比分析结果，以及人机交互。

进一步地，所述的电源管理包括电池充电及设备内部模块单元供电。

进一步地，所述的处理单元按人机交互面板输入要求，控制信号模拟单元输出模拟信号，包括数字、模拟、通讯信号；通过对外通讯单元，完成对外数据转储。

进一步地，所述的处理单元给出诊断结果包括信号诊断和信号模拟；其中，信号诊断用于判定风电机组上传感器或元器件功能是否正常；所述的信号模拟用于判定风电机组传感器后端的线路及PLC模块功能是否正常。

本发明的优点在于：

（1）本发明采取信号特征比对诊断和信号特征模拟，同时具备传感器和元器件的诊断和模拟功能，兼顾消缺涉及的器件诊断、线路排查；

（2）本发明可兼容各类型数字开关量、模拟量传感器、各类通讯信号（CAN通讯、RS484通讯、RS232通讯等），涵盖了电气一体化设备的的大部分传感器及元器件，有利于确定***保养和修理的时间、内容、方式，将状态监测、故障诊断、故障预测、维修决策支持和维修活动于一体，实现智能化运维；

（3）预设各类传感器及元器件标准信号，可与输入信号进行对比，根据对比结果自动诊断并输出结果；可采集并存储新传感器或元器件的信号，扩展预设信号库；模拟输出信号值可调，具备模拟整个传感器输出范围的功能。

附图说明

图1是本发明一个实施例的风力发电机组工况元件诊断及模拟***框图；

图2是本发明具体的一个风力发电机组工况元件信号诊断流程图；

图3是本发明具体的一个风力发电机组工况元件信号模拟流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本发明。

实施例一

通过附图1可以看出，本发明涉及一种用于风力发电机组硬件信号的诊断及模拟***，包括：电源模块、处理单元、信号采集单元、信号模拟输出单元、存储单元、通讯模块、人机交互面板；所述电源模块进行电源管理；所述处理单元为***的核心，信号采集单元采集的各类信号处理后，送入处理单元与存储单元标准信号作对比分析、存储，并由处理单元给出诊断结果；所述信号采集单元通过对外信号输入接口接入待诊断的传感器或元器件，采集及处理传感器或元器件的输入信号；所述信号模拟单元通过对外信号输出接口接入待测线路，按需输出开关量、模拟量、通讯模拟信号；所述存储单元存储各传感器或元器件的标准信号特征，以及测量数据；所述对外通讯单元通过对外通讯接口，实现与外部设备的数据转储；所述人机交互面板显示各信号的波形对比分析结果，以及人机交互。

进一步地，所述的电源管理包括电池充电及设备内部模块单元供电。

进一步地，所述的处理单元按人机交互面板输入要求，控制信号模拟单元输出模拟信号，包括数字、模拟、通讯信号；通过对外通讯单元，完成对外数据转储。

进一步地，所述的处理单元给出诊断结果包括信号诊断和信号模拟；其中，信号诊断用于判定风电机组上传感器或元器件功能是否正常；所述的信号模拟用于判定风电机组传感器后端的线路及PLC模块功能是否正常。

附图2和3是一种具体的风力发电机组硬件信号的诊断及模拟的控制流程图，从附图可以看出风力发电机组电机轴承温度传感器信号的诊断及模拟的控制***及控制方式；所述的风力发电机组电机轴承温度传感器信号的诊断及模拟的控制***包括温度传感器和检测控制装置，电机轴承温度传感器信号的诊断及模拟的控制包括信号诊断和信号模拟两个方面，其中：

所述的信号诊断用于判定风力发电机组电机轴承温度传感器功能是否正常，操纵步骤如下：

1）将被测风力发电机组电机轴承温度传感器连接至设备对外信号输入接口，通过设备人机交互界面上选择被测风力发电机组电机轴承温度传感器类型等信息；

2）设备信号采集单元将被测风力发电机组电机轴承温度传感器信号采集后发送给设备处理单元；

3）设备处理单元根据预设程序解析被测风力发电机组电机轴承温度传感器信号；

4）在人机交互界面上显示被测风力发电机组电机轴承温度传感器型号解析值，并给出被测风力发电机组电机轴承温度传感器功能是否正常的判断值。

所述的信号模拟用于判定风力发电机组电机轴承温度传感器后端的线路及PLC模块功能是否正常，操纵步骤如下：

1）将设备对外信号输出接口连接至风力发电机组电机轴承温度传感器对应的线路；

2）在设备人机交互界面上选取待模拟的信号，建立风力发电机组电机轴承温度传感器模拟的标准信号；

3）通过设备处理单元根据预设程序周期采集风力发电机组电机轴承温度传感器实测的实测信号值作为输入传感器或元器件信号；

4）操作人员对比设备人机交互界面的实测信号值与PLC模块HMI上标准信号显示值；

5）通过对比判断被测线路及PLC模块功能是否正常。

通过上述实施例，可以看出，本发明还涉及一种用于风力发电机组硬件信号的诊断及模拟方法，通过预设工控设备各类型传感器标准信号特征，并将传感器标准信号特征作为比较值输入控制器中作为标准值，再采集各类型传感器实测的信号值作为输入传感器或元器件信号，通过比对方式对比测试输入传感器或元器件信号与标准值，通过对比判断输入传感器或元器件信号是否正常；同时模拟输出各传感器标准信号；提高传感器或元器件诊断、相关线路排查的效率。

进一步地，所述的将传感器标准信号特征作为比较值输入控制器中作为标准值是将数字量、模拟量、通讯协议的各种传感器或元器件所发出的正常的信号值得特征作为标准值。

进一步地，所述的采集各类型传感器实测的信号值作为输入传感器或元器件信号是将实际上各种数字量、模拟量、通讯协议的传感器或元器件所传输的信号特征作为测试输入传感器或元器件信号。

进一步地，所述的对比判断输入传感器或元器件信号是否正常包括信号诊断和信号模拟两个方面；通过信号诊断和信号模拟给出被测器件功能是否正常的判断值，以及被测线路及PLC模块功能是否正常。

进一步地，所述的信号诊断用于判定风电机组上传感器或元器件功能是否正常，操纵步骤如下：

1）将被测器件连接至设备对外信号输入接口，通过设备人机交互界面上选择被测器件类型等信息；

2）设备信号采集单元将被测器件信号采集后发送给设备处理单元；

3）设备处理单元根据预设程序解析被测器件信号；

4）在人机交互界面上显示被测器件型号解析值，并给出被测器件功能是否正常的判断值。

进一步地，所述的信号模拟用于判定风电机组传感器后端的线路及PLC模块功能是否正常，操纵步骤如下：

1）将设备对外信号输出接口连接至传感器对应的线路；

2）在设备人机交互界面上选取待模拟的信号，建立传感器模拟的标准信号；

3）通过设备处理单元根据预设程序周期采集各类型传感器实测的实测信号值作为输入传感器或元器件信号；

4）操作人员对比设备人机交互界面的实测信号值与PLC模块HMI上标准信号显示值；

5）通过对比判断被测线路及PLC模块功能是否正常。

上述所列实施例，只是结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，而且本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。同时，说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的优点在于：

（1）本发明采取信号特征比对诊断和信号特征模拟，同时具备传感器和元器件的诊断和模拟功能，兼顾消缺涉及的器件诊断、线路排查；

（2）本发明可兼容各类型数字开关量、模拟量传感器、各类通讯信号（CAN通讯、RS484通讯、RS232通讯等），涵盖了电气一体化设备的的大部分传感器及元器件，有利于确定***保养和修理的时间、内容、方式，将状态监测、故障诊断、故障预测、维修决策支持和维修活动于一体，实现智能化运维；

（3）预设各类传感器及元器件标准信号，可与输入信号进行对比，根据对比结果自动诊断并输出结果；可采集并存储新传感器或元器件的信号，扩展预设信号库；模拟输出信号值可调，具备模拟整个传感器输出范围的功能。

Claims (10)

1.一种用于风力发电机组硬件信号的诊断及模拟方法，其特征在于：通过预设工控设备各类型传感器标准信号特征，并将传感器标准信号特征作为比较值输入控制器中作为标准值，再采集各类型传感器实测的信号值作为输入传感器或元器件信号，通过比对方式对比测试输入传感器或元器件信号与标准值，通过对比判断输入传感器或元器件信号是否正常；同时模拟输出各传感器标准信号；提高传感器或元器件诊断、相关线路排查的效率。

2.如权利要求1所述的用于风力发电机组硬件信号的诊断及模拟方法，其特征在于：所述的将传感器标准信号特征作为比较值输入控制器中作为标准值是将数字量、模拟量、通讯协议的各种传感器或元器件所发出的正常的信号值得特征作为标准值。

3.如权利要求1所述的用于风力发电机组硬件信号的诊断及模拟方法，其特征在于：所述的采集各类型传感器实测的信号值作为输入传感器或元器件信号是将实际上各种数字量、模拟量、通讯协议的传感器或元器件所传输的信号特征作为测试输入传感器或元器件信号。

4.如权利要求1所述的用于风力发电机组硬件信号的诊断及模拟方法，其特征在于：所述的对比判断输入传感器或元器件信号是否正常包括信号诊断和信号模拟两个方面；通过信号诊断和信号模拟给出被测器件功能是否正常的判断值，以及被测线路及PLC模块功能是否正常。

5.如权利要求4所述的用于风力发电机组硬件信号的诊断及模拟方法，其特征在于：所述的信号诊断用于判定风电机组上传感器或元器件功能是否正常，操纵步骤如下：

1）将被测器件连接至设备对外信号输入接口，通过设备人机交互界面上选择被测器件类型等信息；

2）设备信号采集单元将被测器件信号采集后发送给设备处理单元；

3）设备处理单元根据预设程序解析被测器件信号；

4）在人机交互界面上显示被测器件型号解析值，并给出被测器件功能是否正常的判断值。

6.如权利要求4所述的用于风力发电机组硬件信号的诊断及模拟方法，其特征在于：所述的信号模拟用于判定风电机组传感器后端的线路及PLC模块功能是否正常，操纵步骤如下：

1）将设备对外信号输出接口连接至传感器对应的线路；

2）在设备人机交互界面上选取待模拟的信号，建立传感器模拟的标准信号；

3）通过设备处理单元根据预设程序周期采集各类型传感器实测的实测信号值作为输入传感器或元器件信号；

4）操作人员对比设备人机交互界面的实测信号值与PLC模块HMI上标准信号显示值；

5）通过对比判断被测线路及PLC模块功能是否正常。

7.一种用于风力发电机组硬件信号的诊断及模拟***，其特征在于：包括：电源模块、处理单元、信号采集单元、信号模拟输出单元、存储单元、通讯模块、人机交互面板；所述电源模块进行电源管理；所述处理单元为***的核心，信号采集单元采集的各类信号处理后，送入处理单元与存储单元标准信号作对比分析、存储，并由处理单元给出诊断结果；所述信号采集单元通过对外信号输入接口接入待诊断的传感器或元器件，采集及处理传感器或元器件的输入信号；所述信号模拟单元通过对外信号输出接口接入待测线路，按需输出开关量、模拟量、通讯模拟信号；所述存储单元存储各传感器或元器件的标准信号特征，以及测量数据；所述对外通讯单元通过对外通讯接口，实现与外部设备的数据转储；所述人机交互面板显示各信号的波形对比分析结果，以及人机交互。

8.如权利要求7所述的用于风力发电机组硬件信号的诊断及模拟方法，其特征在于：所述的电源管理包括电池充电及设备内部模块单元供电。

9.如权利要求7所述的用于风力发电机组硬件信号的诊断及模拟方法，其特征在于：所述的处理单元按人机交互面板输入要求，控制信号模拟单元输出模拟信号，包括数字、模拟、通讯信号；通过对外通讯单元，完成对外数据转储。

10.如权利要求1所述的用于风力发电机组硬件信号的诊断及模拟方法，其特征在于：所述的处理单元给出诊断结果包括信号诊断和信号模拟；其中，信号诊断用于判定风电机组上传感器或元器件功能是否正常；所述的信号模拟用于判定风电机组传感器后端的线路及PLC模块功能是否正常。

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