星野云联 物联网数字化专家

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星野云联 物联网开发公司

风机健康监测下位机软硬件研发

我们已成功帮助数百客户通过物联网化的方案或产品,实现数字化转型,且创造了超乎客户原本预料的行业价值。

客户背景


客户是风场风机的运营商,风机三合一状态监测系统的研发主要用于风场内采集器的数据接入、存储与管理。本系统是集成传感器技术,信号处理技术,计算机技术,对风机电机组的机舱、塔筒、叶片安全进行实时连续监控。在风机运行数据出现超出设定的阀值时候,可及时给出报警,避免故障造成风机主体结构的破坏,给风电运营商造成的巨大经济损失,从而保证风电机组的安全稳定运转。

项目目标


风机机舱、塔筒、叶片监测系统,对风电机组的安全进行监控,实时监测风机运行的机舱安全,塔筒倾斜角度、晃动位移以及塔底基础的不均匀沉降量、叶片开裂,结冰等情况。

在监测超出标准时,可及时给出报警,避免造成风机主体结构的破坏,给风电运营商造成的巨大经济损失,从而保证风电机组的安全稳定运转。

星野云联·物联网数字化专家

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项目技术方案


为了实现项目目标,我们为客户提供了软硬件一体化的解决方案,包括Linux下位机软件开发和硬件设备研发。本次研发,主要实现对风机机舱、塔筒、叶片的数据采集,进行数据计算,故障判断,对数据做数据缓存,最后做数据上传存档以提供给平台展示分析,从而展示风机的性能,状态等。为了更好地适应未来的需求和业务拓展,我们在本次研发中充分考虑了系统的扩展性,确保系统在面对不断变化的环境中能够灵活、高效地扩展。

嵌入式开发

嵌入式软件方案

下位机软件开发主要是将传感器采到的数据,首先在工控机中通过FPGA进行信号的转换与处理,对数据做滤波处理,处理后的数据通过串口传递给ARM盒,ARM盒进行边缘计算,二次滤波,根据上位机的采样频率进行数据采集,按照上位机下发的采集策略进行数据采集,按照上送策略进行数据上送,同时做报警等判断。

本设备采用Python语言配合C语言进行开发,具体开发环境为Linux。软件设计中,需要实现以下功能模块:

  1. FPGA中NCSI总线上数据获取:通过一个命令/响应协议来协调系统主机处理器和网络控制器之间的通信,以实现网络控制器与主机处理器的互操作。网络控制器能够通过NCSI总线与主机处理器进行通信,以获取网络资源信息、设置网络参数以及执行其他相应的网络操作。同时,主机处理器也可以通过NCSI总线与网络控制器进行通信,以监视和控制网络的各种操作。
  2. MQTT数据传输:实现通过MQTT协议,将设备上采集的数据上传到指定服务器。需要实现MQTT协议中的数据编码和解码,且支持通过网络或GPRS/WIFI等通讯方式实现数据传输。
  3.  数据存储:实现数据的存储处理,确保在断电、重启等异常情况下数据不丢失。
  4.  系统升级:根据需求,本设备需要具备快速升级的功能,例如可在局域网内升级设备上的程序。
  5.  断网续传:设备网络异常情况下,设备可以自动存储数据,等待网络恢复时候上传数据。

嵌入式硬件方案

设备采用FPGA进行高频数据采集叶片/传动链/塔筒各部位传感器数据,然后配合全志T507芯片进行数据解析/计算/上传,达到风机运行状态及告警监测的效果。具体硬件配置如下:

主板

全志T507、JFMK50 FPGA芯片、高精度AD采集芯片

电源模块

直流电源模块(12V-24V)

数据存储器

32GB EMMC 加 512MB DDR4存储器

FPGA

使用NCSI/MCSI总线与ARM进行数据通讯

项目成果


当前风机健康监测管理系统已成功运用于数十家风场,通过风电塔筒健康监测管理系统的开发,风场管理企业轻松实现对风机健康的远程实时监测、异常检测和预警,提高了风场风机的运维管理水平。同时,平台的数据分析和报告功能也为管理者提供了决策支持,优化了维护计划和资源调配,提升了风机的可靠性和使用寿命。

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