- Roberto Arnanz, Fundacion CARTIF
挑戰(zhàn):
開發(fā)診斷網(wǎng)絡(luò)，自動追蹤鋒利渦輪機(jī)的狀態(tài)，并具備集中存取功能，讓用戶對獲取的信息進(jìn)行離線分析。
解決方案:
使用NI LabVIEW開發(fā)應(yīng)用，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、為應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)存取功能，并使用NI CompactDAQ進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以便在單一設(shè)備上調(diào)節(jié)并獲取不同的信號。
作者:
Roberto Arnanz - Fundacion CARTIF
Anibal Reñones - Fundacion CARTIF
- - - Iberdrola Renovables
CARTIF的工業(yè)診斷與預(yù)測維護(hù)工程師，工作內(nèi)容是開發(fā)診斷式工業(yè)環(huán)境系統(tǒng)。而這些系統(tǒng)必須能取得如振動、電子與高低頻率的各種數(shù)位信號，并達(dá)到高存數(shù)容量。許多情況下，我們必須在整個電力生產(chǎn)過程不斷操作這些系統(tǒng)。
對風(fēng)力渦輪而言，其功能與設(shè)計階段的數(shù)據(jù)采集、診斷與存儲需求，均近似于任何旋轉(zhuǎn)機(jī)器的應(yīng)用。在風(fēng)力渦輪的應(yīng)用上，我們必須診斷多臺機(jī)器，也因此大幅提高了資料與診斷的數(shù)量，使中央處理壓力增大。
在與Iberdrola Renovables公司合作中，我們開發(fā)的解決方案，可向所有機(jī)器提供獨(dú)立的診斷裝置、分散式PostgreSQL數(shù)據(jù)庫，同時每個風(fēng)力電廠搭配1組服務(wù)器，和1組中央服務(wù)器。我們對界面進(jìn)行修改使其可用于網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，從而分散資料的存取。有了LabVIEW網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器工具組，我們開發(fā)的應(yīng)用可供單機(jī)使用，并可發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上。因此，我們使用LabVIEW作為單一的開發(fā)工具，在不考慮個別功能的安裝位置、溝通方式，與用戶使用方式的情況下，整合數(shù)據(jù)采集、信號處理以及界面設(shè)計。
數(shù)據(jù)采集
根據(jù)診斷需求，我們必須從每座風(fēng)力渦輪機(jī)中采集多個信號。我們安裝了第一款原型，它具備8組ICP加速度計、5組電容加速度計、3組電流鉗、3組電壓傳感器和2個測量速度的電感傳感器。在考慮了各種信號類型之后，我們選擇使用NI CompactDAQ系統(tǒng)，其中包含NI cDAQ-9172 8槽機(jī)箱、NI USB-9233加速度計、NI 9205 C系列模擬輸入模塊、NI 9423漏極輸入C系列模塊，與NI 9474 C系列電子輸出模塊。
由于該系統(tǒng)在研究過程中能以可變速度操作，所以該系統(tǒng)符合我們對信號采集的多種需求，包括將速度信號與其余用作分析的信號同步。因為與緩慢轉(zhuǎn)動軸相關(guān)因素的一般頻率非常低，而且該系統(tǒng)某時間段內(nèi)的旋轉(zhuǎn)速度數(shù)據(jù)變動性并不高且便于分析，所以該系統(tǒng)還能夠在較長時間內(nèi)連續(xù)地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
為了設(shè)定指定的采集時段，我們只有在所需的采集時段內(nèi)、速度變動百分比在不超過某個閥值時才能進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。這種方法相當(dāng)于使用觸發(fā)軟件，該軟件中已存儲的資料會對應(yīng)預(yù)觸發(fā)時間，并且觸發(fā)條件時由某個計算所決定，此計算會決定以往數(shù)據(jù)中的最高速度變化。
除了編碼器信號，針對8個模擬通道，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)25 kHz的傳輸率，從而將資料連續(xù)存儲至磁盤，并能夠在所需時間內(nèi)獲得該頻率的信號。
診斷應(yīng)用
考慮到動力相對的不足，該系統(tǒng)會逐次采集資料并稍后處理所收集到的資料。在每一輪的基礎(chǔ)上我們進(jìn)行不同通道和頻率的采集，這是根據(jù)定期診斷進(jìn)行的；我們將全部的結(jié)果存儲在本地資料庫中，并且只將最顯著的結(jié)果或警報發(fā)送至中央數(shù)據(jù)庫。
多個模塊組成應(yīng)用程序，監(jiān)督模塊讀取數(shù)據(jù)庫設(shè)定，并根據(jù)這些設(shè)定、命令在預(yù)定時間執(zhí)行各種采集、后續(xù)處理與可用數(shù)據(jù)的診斷。用戶界面模塊提供已采集信號的存取，以及用診斷結(jié)果進(jìn)行簡單的分析功能，例如1個或多個采集的快速傅里葉(FFT)顯示，而且該模塊可互相比較。無需下載已采集的信號，任何用戶都可以通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器連接至該界面。
模塊化設(shè)計便于處理演算法的執(zhí)行修改，且不必重新便宜編譯應(yīng)用程序就能增加新的功能。在此案例中，該演算法位于動態(tài)連接庫，可在系統(tǒng)處理沒有運(yùn)行時對其進(jìn)行編輯。
診斷網(wǎng)絡(luò)
該系統(tǒng)的管理機(jī)制可方便每個數(shù)據(jù)庫保持最新狀態(tài)，即使其中一個點(diǎn)失去了聯(lián)系，所有的機(jī)器仍會連續(xù)自動進(jìn)行預(yù)訂的診斷。
我們設(shè)計了一個位于中央服務(wù)器上、可從任何網(wǎng)絡(luò)瀏覽器存取、監(jiān)控或進(jìn)行數(shù)據(jù)采集(SCADA)的用戶界面，所以該應(yīng)用程序的用戶能夠快速獲得各種機(jī)器所產(chǎn)生的診斷信息，并且具有高度的靈活性。為了快速地存取或分析采集的信號，用戶可以連接到機(jī)器上(而非中央服務(wù)器上)的界面。在Apache服務(wù)器上，我們將該方法建立在LabVIEW應(yīng)用程序上。
為了在測試期間讓各種網(wǎng)絡(luò)元素相互通信，我們建立了一個無線診斷網(wǎng)絡(luò)，使其獨(dú)立于風(fēng)力場中所有其他通信之外。
使用LabVIEW簡化模塊集成
我們使用LabVIEW作為整個診斷應(yīng)用程序的開發(fā)軟件。LabVIEW圖形化編程環(huán)境，不需任何額外費(fèi)用即可將模塊整合至研發(fā)階段。盡管我們獨(dú)立設(shè)計了數(shù)據(jù)采集、處理與診斷模塊，此模塊設(shè)計能夠推進(jìn)軟件開發(fā)過程，并且可以根據(jù)計算要求與設(shè)備功能，在不同平臺(或多核心系統(tǒng)及不同的微處理器)上執(zhí)行該模塊。我們在Iberdrola Renovables公司的電廠中實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)，他們的大力支持對我們項目的開展起了巨大的作用。