CN204856610U - 一种基于pi数据库的风电场故障监控*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于PI数据库的风电场故障监控***，包括用于采集风电场齿轮箱、发电机等设备的原始信号的信号采集模块，所述信号采集模块与用于将其采集到的原始信号处理后传输到控制站的数据传输模块连接，所述数据传输模块与控制站无线通讯连接，所述控制站内设置有用于存储、分析、管理数据并根据数据诊断风机设备是否出现故障的PI数据库服务器；所述PI数据库服务器与实时显示各种信息的显示设备连接。本实用新型采用基于C/S结构的PI数据库服务器来存储数据，一来加大数据存储空间，二来提高数据采集效率和读取速度，满足风电场监控***实时、高频、海量存储的要求，避免了关系数据库的弊端。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于PI数据库的风电场故障监控***。
背景技术
对于大中型风电场而言，风机数量可达上百台，而每台风机的信息点所保存的信息量非常大，包括IO、报警、事件、参数等各种类型的信息。据统计，目前主流风机的信息点数目可达上百个。
传统的风电场监控***普遍采用关系数据库，由于风电场监控***的采样周期为秒级或毫秒级，故障数据至少要求保留存储6个月以上，长时间的海量数据记录要求不断添置磁盘阵列，带来存储成本的不断增加。另外，风电场监控***需要为故障特征提取、故障阀值比对等提供数据支撑，数据的分析、统计、管理要求高效的数据访问性能，而关系数据库无法胜任。
PI数据库是一套基于C/S结构的原始信号库和历史数据库，采用数据压缩和过滤技术，能极大节省存储空间，相比关系数据库，存储同样的数据量只需不到百分之一的存储空间。另外，PI数据库在数据采集效率和读取速度方面的性能极为出色，远远超过关系数据库。根据官方数据，单机点数规模达400万点，数据吞吐量为4百万/秒，存储能力为10-15万个事件/秒，数据访问能力为100万个事件/秒，秒级时间内可以取到1000点的2年至3年的历史数据，完全能够满足风电场监控***实时、高频、海量存储的要求。
发明内容
本实用新型提供了一种存储空间大、数据传输质量高、诊断正确率高的基于PI数据库的风电场故障监控***。
本实用新型采用的技术方案是：
一种基于PI数据库的风电场故障监控***，包括用于采集风电场齿轮箱、发电机等设备的原始信号的信号采集模块，所述信号采集模块与用于将其采集到的原始信号处理后传输到控制站的数据传输模块连接，所述数据传输模块与控制站无线通讯连接，其特征在于：所述控制站内设置有用于存储、分析、管理数据并根据数据诊断风机设备是否出现故障的PI数据库服务器；所述PI数据库服务器与实时显示各种信息的显示设备连接。本实用新型采用基于C/S结构的PI数据库服务器来存储数据，一来加大数据存储空间，二来提高数据采集效率和读取速度，满足风电场监控***实时、高频、海量存储的要求，避免了关系数据库的弊端。
进一步，所述PI数据库服务器包括存储控制站接收到的各类信号数据并记录故障信息和诊断信息的数据存储模块、从原始信号中提取信号特征的数据处理模块、将信号特征与故障特征阀值比对后输出相应故障信号的数据对比模块、当所述数据对比模块判断风机某设备即将出现故障或已经出现故障时发出预警或报警信息的预警与报警模块。所述数据存储模块采用C/S模式；所述数据处理模块是采用时频域变换、小波分析等变换域分析方法以及数字滤波、识别、合成等手段，从原始信号中提取出信号特征；所述数据对比模块，将信号特征与故障特征阀值比对，若接近阀值，则说明风机该设备即将出现故障或已出现轻微故障；若超出阀值，则说明风机该设备已出现故障；所述预警与报警模块，当所述数据对比模块判断风机某设备即将出现故障或已经出现故障时，发出预警或报警信息，提醒工作人员进行相应检修操作。
进一步，所述预警与报警模块是采用蜂鸣提示音、黄色与红色指示灯闪烁、显示设备弹窗或警报图标闪烁的方式进行预警或报警。
进一步，所述PI数据库服务器还包括提供一定的设备控制能力的交互式控制模块和提供多种数据传输接口进行通讯的数据传输接口。所述交互式控制模块在工作人员的指令下可以控制设备停机或测试，在紧急情况下也可根据程序自主对设备进行控制；所述数据传输接口通过磁盘拷贝、以太网或无线传输的方式将控制站的监控数据传输给其他控制站或远程监控中心。
进一步，所述显示设备采用具有交互功能的触摸屏。
进一步，所述信号采集模块包括多种通过直接测量或间接测量处理后得到原始信号的传感器，所述传感器安装在风机重要设备上；所述传感器包括：用于测量叶轮、齿轮箱、发电机等转速的转速传感器，用于测量风机塔筒、齿轮箱中轴、轴承、齿轮以及发电机转轴的径向与轴向振动信号的振动传感器，用于测量齿轮箱油温、高速轴承温度、发电机温度和机组环境温度的温度传感器，用于检测齿轮箱中轴、轴承、齿轮转动时产生的声发射信号的噪声传感器，用于测量发电机电流、电压等电参数的功率传感器。本实用新型所述原始信号包括转速信号、振动信号、油温、振动噪声和电流、电压等电参数，分别由所述传感器的各类传感器通过直接测量或间接测量处理后得到。由于不同转速下故障特征的表现形式、幅值有差异，得到的转速信号可作为故障诊断的重要参考数据；振动信号是目前故障诊断使用最多、技术较成熟的分析信号；振动噪声
是一种新兴的故障检测手段；电流、电压等电参数也是诊断故障的重要手段。
采用多种传感器测量不同类型的数据，综合诊断故障，相互校验，诊断成功率更高。
进一步，所述振动传感器选用速度传感器和加速度传感器。
进一步，所述数据传输模块包括负责风机信号采集的整体协调控制的DSP，所述DSP的输入端上依次连接有将采集到的原始信号转化为数字信号的A/D转换器、用于对采集到的所述原始信号进行处理的适配电路；所述DSP上的输出端依次连接有通过无线传输协议将各类信号从风机发送给控制站的无线发送模块、控制站通过无线传输协议从风机接收各类信号的无线接收模块，所述无线接收模块设置在控制站内。每台风机的数据采集由一个DSP管理，通过无线传输的方式发送到控制站，解决了机组较多时采用有线通信无法保证数据传输质量的问题。
进一步，所述无线发送模块和所述无线接收模块均采用IEEE802.16d无线传输协议。
本实用新型达到的有益效果是：(1)采用多种传感器测量不同类型的数据，综合诊断故障，相互校验，诊断成功率更高；(2)每台风机的数据采集由一个DSP管理，通过无线传输的方式发送到控制站，解决了机组较多时采用有线通信无法保证数据传输质量的问题；(3)采用PI数据库管理、存储、分析数据，满足风电场监控***实时、高频、海量存储的要求，避免了关系数据库的弊端。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本实用新型进行进一步说明，但并不将本实用新型局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本实用新型涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
参照图1，一种基于PI数据库的风电场故障监控***，包括用于采集风电场齿轮箱、发电机等设备的原始信号的信号采集模块1，所述信号采集模块1与用于将其采集到的原始信号处理后传输到控制站的数据传输模块2连接，所述数据传输模块2与控制站无线通讯连接，所述控制站内设置有用于存储、分析、管理数据并根据数据诊断风机设备是否出现故障的PI数据库服务器3；所述PI数据库服务器3与实时显示各种信息的显示设备4连接。本实用新型采用基于C/S结构的PI数据库服务器3来存储数据，一来加大数据存储空间，二来提高数据采集效率和读取速度，满足风电场监控***实时、高频、海量存储的要求，避免了关系数据库的弊端。
本实施例所述PI数据库服务器3包括存储控制站接收到的各类信号数据并记录故障信息和诊断信息的数据存储模块3-1、从原始信号中提取信号特征的数据处理模块3-2、将信号特征与故障特征阀值比对后输出相应故障信号的数据对比模块3-3、当所述数据对比模块3-3判断风机某设备即将出现故障或已经出现故障时发出预警或报警信息的预警与报警模块3-4。所述数据存储模块3-1采用C/S模式；所述数据处理模块3-2是采用时频域变换、小波分析等变换域分析方法以及数字滤波、识别、合成等手段，从原始信号中提取出信号特征；所述数据对比模块3-3，将信号特征与故障特征阀值比对，若接近阀值，则说明风机该设备即将出现故障或已出现轻微故障；若超出阀值，则说明风机该设备已出现故障；所述预警与报警模块3-4，当所述数据对比模块判断风机某设备即将出现故障或已经出现故障时，发出预警或报警信息，提醒工作人员进行相应检修操作。
本实施例所述预警与报警模块3-4是采用蜂鸣提示音、黄色与红色指示灯闪烁、显示设备弹窗或警报图标闪烁的方式进行预警或报警。
本实施例所述PI数据库服务器3还包括提供一定的设备控制能力的交互式控制模块3-5和提供多种数据传输接口进行通讯的数据传输接口3-6。所述交互式控制模块3-5在工作人员的指令下可以控制设备停机或测试，在紧急情况下也可根据程序自主对设备进行控制；所述数据传输接口3-6通过磁盘拷贝、以太网或无线传输的方式将控制站的监控数据传输给其他控制站或远程监控中心。
本实施例所述显示设备4采用具有交互功能的触摸屏。
本实施例所述信号采集模块1包括多种通过直接测量或间接测量处理后得到原始信号1-2的传感器1-1，所述传感器1-1安装在风机重要设备上；所述传感器1-1包括：用于测量叶轮、齿轮箱、发电机等转速的转速传感器1-1-1，用于测量风机塔筒、齿轮箱中轴、轴承、齿轮以及发电机转轴的径向与轴向振动信号的振动传感器1-1-2，用于测量齿轮箱油温、高速轴承温度、发电机温度和机组环境温度的温度传感器1-1-3，用于检测齿轮箱中轴、轴承、齿轮转动时产生的声发射信号的噪声传感器1-1-4，用于测量发电机电流、电压等电参数的功率传感器1-1-5。本实用新型所述原始信号1-2包括转速信号1-2-1、振动信号1-2-2、油温1-2-3、振动噪声1-2-4和电流、电压等电参数1-2-5，分别由所述传感器1-1的各类传感器通过直接测量或间接测量处理后得到。由于不同转速下故障特征的表现形式、幅值有差异，得到的转速信号1-2-1可作为故障诊断的重要参考数据；振动信号1-2-2是目前故障诊断使用最多、技术较成熟的分析信号；振动噪声1-2-4是一种新兴的故障检测手段；电流、电压等电参数也是诊断故障的重要手段。采用多种传感器1-1测量不同类型的数据，综合诊断故障，相互校验，诊断成功率更高。
本实施例所述振动传感器1-1-2选用速度传感器和加速度传感器。
本实施例所述数据传输模块2包括负责风机信号采集的整体协调控制的DSP2-3，所述DSP2-3的输入端上依次连接有将采集到的原始信号1-2转化为数字信号的A/D转换器2-2、用于对采集到的所述原始信号1-2进行处理的适配电路2-1；所述DSP2-3上的输出端依次连接有通过无线传输协议将各类信号从风机发送给控制站的无线发送模块2-4、控制站通过无线传输协议从风机接收各类信号的无线接收模块2-5，所述无线接收模块2-5设置在控制站内。每台风机的数据采集由一个DSP2-3管理，通过无线传输的方式发送到控制站，解决了机组较多时采用有线通信无法保证数据传输质量的问题。
本实施例所述无线发送模块2-4和所述无线接收模块2-5均采用IEEE802.16d无线传输协议。
本实用新型的信号采集模块1，用于采集风电场齿轮箱、发电机等设备的实时数据，是故障诊断的原始数据；数据传输模块2，用于将信号采集模块采集到的原始数据经放大、滤波等处理后，由模拟量转化为数字量，经无线网络协议从风机传输到控制站；PI数据库服务器3，用于存储、分析、管理数据，提取风机设备的故障特征，与故障阀值比对，判断风机设备是否即将出现故障或已经出现故障，发现故障预兆或故障后发出预警或报警，并配合工作人员对风机进行停机维护等交互式控制，带有数据传输接口，可通过有线或无线的方式将数据共享给其他控制站或远程监控中心；显示设备4，采用触摸屏，具有交互功能，用于实时监控数据、故障信息、预警或报警信息的显示，提供历史数据查询、设备状态显示等功能，显示方式包括曲线图、报表、饼图、柱图等。
Claims (9)
1.一种基于PI数据库的风电场故障监控***，包括用于采集风电场齿轮箱、发电机等设备的原始信号的信号采集模块，所述信号采集模块与用于将其采集到的原始信号处理后传输到控制站的数据传输模块连接，所述数据传输模块与控制站无线通讯连接，其特征在于：所述控制站内设置有用于存储、分析、管理数据并根据数据诊断风机设备是否出现故障的PI数据库服务器；所述PI数据库服务器与实时显示各种信息的显示设备连接。
2.如权利要求1所述的一种基于PI数据库的风电场故障监控***，其特征在于：所述PI数据库服务器包括存储控制站接收到的各类信号数据并记录故障信息和诊断信息的数据存储模块、从原始信号中提取信号特征的数据处理模块、将信号特征与故障特征阀值比对后输出相应故障信号的数据对比模块、当所述数据对比模块判断风机某设备即将出现故障或已经出现故障时发出预警或报警信息的预警与报警模块。
3.如权利要求2所述的一种基于PI数据库的风电场故障监控***，其特征在于：所述预警与报警模块是采用蜂鸣提示音、黄色与红色指示灯闪烁、显示设备弹窗或警报图标闪烁的方式进行预警或报警。
4.如权利要求2所述的一种基于PI数据库的风电场故障监控***，其特征在于：所述PI数据库服务器还包括提供一定的设备控制能力的交互式控制模块和提供多种数据传输接口进行通讯的数据传输接口。
5.如权利要求1所述的一种基于PI数据库的风电场故障监控***，其特征在于：所述显示设备采用具有交互功能的触摸屏。
6.如权利要求1所述的一种基于PI数据库的风电场故障监控***，其特征在于：所述信号采集模块包括多种通过直接测量或间接测量处理后得到原始信号的传感器，所述传感器安装在风机重要设备上；所述传感器包括：用于测量叶轮、齿轮箱、发电机等转速的转速传感器，用于测量风机塔筒、齿轮箱中轴、轴承、齿轮以及发电机转轴的径向与轴向振动信号的振动传感器，用于测量齿轮箱油温、高速轴承温度、发电机温度和机组环境温度的温度传感器，用于检测齿轮箱中轴、轴承、齿轮转动时产生的声发射信号的噪声传感器，用于测量发电机电流、电压等电参数的功率传感器。
7.如权利要求6所述的一种基于PI数据库的风电场故障监控***，其特征在于：所述振动传感器选用速度传感器和加速度传感器。
8.如权利要求1所述的一种基于PI数据库的风电场故障监控***，其特征在于：所述数据传输模块包括负责风机信号采集的整体协调控制的DSP，所述DSP的输入端上依次连接有将采集到的原始信号转化为数字信号的A/D转换器、用于对采集到的所述原始信号进行处理的适配电路；所述DSP上的输出端依次连接有通过无线传输协议将各类信号从风机发送给控制站的无线发送模块、控制站通过无线传输协议从风机接收各类信号的无线接收模块，所述无线接收模块设置在控制站内。
9.如权利要求8所述的一种基于PI数据库的风电场故障监控***，其特征在于：所述无线发送模块和所述无线接收模块均采用IEEE802.16d无线传输协议。
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