与Arm接口能保持风力发电机的定期监测吗

摘要

风能是用于生产电能的最广泛的自然资源。目前风能被用来减少二氧化碳的排放。在数据从一个节点传输到另一个节点时，会发生节点扰动。为了避免这些干扰，监控和检测故障，采用了CAN协议。CAN是一种基于消息的协议，专门为汽车、后来的航空航天、工业自动化和医疗设备设计。CAN接口模块用于风力机与控制中心之间的监测参数通信。此前，在需要诊断当前健康状况的风电机组中，振动分析通常采用基于宽带的方法或谱线分析方法，通过感知旋转部件产生的振动信号、温度，自动打开冷却风机，降低叶片转速来克服损坏。本文提出了一种基于ARM和CAN协议的风力发电机组故障监测诊断系统。该项目处理的是两个单元之间的数据在精确的时间内传输，没有任何干扰。使用CAN协议可以增加数据传输时间。 ARM core1 runs with CAN and wind turbine unit to which sensors are connected and ARM core2 as Fault diagnose and monitoring section. Data acquisition node collects the sensor data through CAN protocol. The basic view of this technique is to reduce the fault occurrence and increase the monitoring of wind turbine.

关键字

风力发电机，ARM处理器，监控参数，控制器区域网络，故障诊断。

介绍

风力发电机是一种旋转的机械装置，它将风能转化为机械能，从而产生电能。风力发电机组是远离控制中心的复杂机电系统，部署在沙漠、平原等恶劣环境中，具有故障多发的特点。因此，故障发生的几率和副作用会更大，甚至导致断电。为了提高风力发电机组的运行效率和寿命，有必要开发远程监测和故障诊断系统来监测风力发电机组的运行状态和故障诊断。

风力机监测系统从涡轮机的轴、齿轮箱、发电机、吊舱等主要部件采集转速、温度、振动、功率、电压、电流等参数。根据监测系统采集到的数据进行分析，并由故障诊断系统确定风机故障发生的位置和类型。该分析被上传到显示器，这将有助于减少故障的发生通过定期监控。在自动化系统中使用CAN总线的优点是增加了系统的附加值，提高了系统的可靠性。使用CAN总线的目的是使任何系统都可以与其他系统通信，而不会给主控制器带来太多的负载。CAN总线是一种速度为1mbps的快速串行总线，旨在为各种CAN系统、传感器和执行器之间提供高效、可靠和经济的连接。风力机与控制中心之间采用CAN通信，控制中心采用客户端/服务器架构实现监控与故障诊断系统。

相关工作

系统内可能发生的最常见故障和当前检查方法:

a)负序过电流故障保护

直连风力涡轮机的转子热保护是通过监测负序电流来提供的，这是转子加热的重要因素，以确保它不会超过发电机的能力限制。该方案提供了一个负序过电流元件，可以配置为在达到预定义的负序电流水平时瞬时跳闸或延迟跳闸。

b)电压异常故障保护

提供过电压和欠电压元件，以确保发电机在标称电压水平下提供电力，并在系统不稳定导致发电机感应异常电压时隔离发电机

c)电压不平衡故障保护

该方案具有一定的时间电压不平衡函数，作用于负序电压和正序电压之比。电压不平衡元件可用于保护直接连接的涡轮免受过大的不平衡电压和相关的不平衡电流，导致转子加热损坏。对电子

调节风力涡轮机，电压不平衡元件可以作为备份保护故障的电压调节器在涡轮机。

d)过电流故障保护

瞬时和时间过电流功能可用于相中性，接地和负序电流。相位时间过电流元件具有电压限制特性，当启用时，可用于在导致测量电压降至标称水平以下的条件下提供更高的灵敏度。

e)方向电流故障保护

定向元件用于检测电流流动方向，并监督或阻止过流元件的运行，从而允许内部和外部故障之间的适当协调。定向过电流元件可用于相电流，中性电流和地电流。

f)逆电源故障保护

定向功率元件检测直接连接风力涡轮机的srevere功率条件，从而防止发电机电机和相关涡轮机损坏的情况。两级设置可提供低正向功率和反向功率条件之间的区别。

问题陈述:

该系统是自动监控的，它避免了自动断电系统，并在任何天气条件改变之前，使用ARM LPC2148微处理器向控制部分提供指示。本文提出了一种基于ARM和CAN协议的风力发电机组故障监测诊断系统。该项目处理的是两个单元之间的数据在精确的时间内传输，没有任何干扰。使用CAN协议可以增加数据传输时间。ARM core1以CAN和LPC2148作为风力发电机组运行，并与传感器连接，ARM core2作为故障诊断和监测部分运行。数据采集节点通过CAN协议采集传感器数据。该技术的基本观点是减少故障诊断的可能性，增加对风力机的监测。

系统硬件设计

该系统由ARM7、CAN控制器和风力机参数组成。处理模块框图如图1所示。采用CAN控制器实现风力机与数据库的通信。内存模块也提供了未来的参考。

Can接口模块

一种CAN总线汽车电子控制系统，各控制器通过CAN总线相互连接在一起交换信息(如温度、转速、振动等)。这种相互连接到传感器信号的好处是可以同时用于许多控制器，并且所有控制器都具有相同的信息。另一方面，这种连接方式可以增加整个系统的新节点，开发更新的功能，降低系统成本。电子汽车仪表集群节点能充分反映汽车因素、产品设计和技术标准。智能传感器节点能够准确接收各类传感器信号，同时消除干扰信号。自动时钟节点为整个系统提供时钟信息。

节点设计:

每个CAN节点由电源电路、单片机、CAN控制器、CAN收发器(CANController Interface)、看门狗复位电路和外围电路等系统硬件框图(以电子汽车仪表集群节点为例)如图2所示。

CAN接口模块用于风力机与控制中心之间的监控参数通信。CAN接口模块由CAN收发器(MCP 2551)、CAN控制器(MCP 2510)、ARM LPC2148三部分组成。MCP2551是一个高速CAN容错设备，作为CAN协议控制器和物理总线之间的接口。MCP2551为CAN协议控制器提供差分发送和接收能力。它将以高达1mb /s的速度运行。CAN收发器需要将微控制器的电压电平转换为适合CAN总线的电压电平。这将有助于创建CAN总线所需的CAN高和CAN低差分信号。该设备必须能够承受可能由噪声拾取引起的电压公差。本文使用的温度传感器为变压器探头，用于低压变压器绕组的温度监测。MEMS直流加速度计用于测量静态加速度和动态加速度。 The DC-response device, it can handle static acceleration and produce accurate velocity and displacement data.

软件需求

ARM微处理器的编程软件和语言如下所示。电路设计可以通过Orcad软件进行模拟，得到相应的风力机信号响应。

凯尔Ide:

采用KEIL μ vision3软件对LPC2148微处理器进行编程。该软件解决了嵌入式软件开发人员面临的复杂问题。当开始一个新项目时，首先我们必须选择微处理器，我们将从设备数据库中使用我们的项目，μ Vision IDE设置所有编译器，汇编器，链接器和内存选项。

闪电魔法:

Flash Magic是一款PC工具，用于在目标硬件中使用串行或以太网协议编程基于Flash的微控制器/微处理器。flash魔术的使用是下载。hex文件到ARM处理器。

普罗透斯：

Proteus Design Suite(也称为Proteus VSM或Proteus[版本号])是一个功能强大的电子设计应用程序，可从Labcenter Electronics获得。它提供了一系列的设计功能，包括:原理图捕获，混合模式(模拟和数字电路)电子电路仿真，微处理器/微控制器仿真，PCB设计与手动和自动电路选项基于图形的仿真。Proteus 8是电路设计和仿真的必备工具之一，包括:

应用程序框架-单一集成的应用程序，ISIS, ARES和3D查看器显示为选项卡模块。在单个显示器(例如笔记本电脑)上的选项卡之间切换或拖放选项卡以在单独的窗口中查看。通用部件数据库-当前项目中所有部件和元素的统一数据库。支持Proteus模块之间的数据自动更新(例如原理图和PCB)。实时网络列表-实时网络列表现在可以在整个系统中维护和访问。使原理图上的更改能够在PCB, BOM和设计资源管理器中实时反映。3D查看器-现在支持DirectX(以及OpenGL)，并运行多线程。包括实时更新机制，以便在ARES中所做的更改反映在3D查看器中。物料清单-全新的BOM模块，PDF, HTML和Excel输出。新的属性编辑器网格允许您轻松地向报表添加数据。 VSM Studio – Integrated IDE for Proteus VSM simulation and debugging. Automatically sets up compilers and debugs target firmware.

安装步骤:运行安装程序，安装Proteus 8 Software。当您被要求获得许可证时，请使用“许可证”文件并安装它。安装proteus后不要运行/启动软件。复制文件夹“BIN”，粘贴到以下路径并替换/覆盖:“C: \ Program Files \ Labcenter Electronics \ Proteus 8 Professional”复制文件夹“MODELS”，并根据您的窗口粘贴到以下路径:windows

C: \文档和设置\所有用户\应用程序数据\ Labcenter电子\ Proteus 8 Professional windows 7/8: C: \ ProgramData \ Labcenter电子\ Proteus 8 Professional

结果与结论

在故障发生前分析故障的位置和类型，并通过CAN总线将故障从风力机传输到控制中心。故障识别采用ARM进行，参数测量采用CAN接口模块。CAN协议用于串行通信，具有较高的数据传输速率和可靠性。ARM给出参数的输出

测量如转速，振动和温度。恶劣工况的影响和大型机电系统的性质是风力发电机组发生故障的主要原因。对风力机参数进行监测和故障诊断具有十分重要的意义。为此，本文设计了一种基于CAN总线的远程监控与故障诊断系统，并根据故障的位置和类型发送ARM。最后，该系统的性能和效率是有效和可靠的。

数字一览

图1 图2

参考文献

杨文贤，2008，“基于机电特征的风力发电机组状态监测与故障诊断” 陆斌，2009，“风力发电机组状态监测与故障诊断研究进展综述” 杨文伟，2009“风力同步发电机传动系状态监测与故障诊断” Mazran Esro,2009，“控制区域网络(CAN)在安全系统中的应用” Daneshifr。张志军，2010，“风力发电机组故障与状态监测研究进展” 王楚航，2011，“基于CAN的风力发电机组远程监测诊断系统” 李树辉，2012，“基于直流矢量控制的DFIG风力发电机组控制” 张国强，2013，“风力发电机同步档位机传动系统状态监测与故障诊断” Mohanraj。M,2013，“基于CAN总线的风力发电机组故障监测与诊断系统” Nuno M. A. Freire,2014，“风力涡轮机应用的容错PMSG驱动器与降低直流链路额定值