原标题：大佬讲解测控系统(五)，风电测控系统设计方案(下篇)

大佬讲解测控系统(五)：风电测控系统设计方案(下篇)

一、引言

在风电测控系统的设计中，除了基本的硬件架构和软件流程设计外，对于特定信号的采集与处理，如振动噪声信号，也是至关重要的环节。本篇将深入探讨风电测控系统中振动噪声信号的采集与处理方案，以及整个系统的优化与实现。

二、振动噪声信号采集方案

1. 采集需求

• 在风电测控系统中，对振动噪声信号的采集至关重要。试验方法往往关心多个测试点振动信号的相位关系，因此要求系统能够同步采集这些信号。

2. 采集设备

• 系统采用8通道的NIPXI-4472动态信号分析仪进行噪声和振动信号的采集。这种设备具有高精度、高灵敏度和多通道同步采集的能力。

3. 同步采集实现

• 为确保多个通道的同步采集，系统利用PXI-1050背板上的10MHz系统时钟。这个统一的时钟信号通过PXI时钟触发同步总线传递到各个模块，实现模块间的时钟同步。

• 除了时钟信号统一外，还需要触发信号来触发各模块同时开始工作。系统将插在PXI-1050机箱2槽的PXI-4472作为主板卡（Master Device），其他槽位的PXI-4472作为从板卡（Slave Device）。从主板卡发送触发信号，该信号通过星形触发总线（Star Trigger）到达各从板卡，确保触发信号偏斜小于1ns，主板卡到各从板卡之间的时延不超过5ns。

4. 采集参数设置

• 根据齿轮箱测试试验标准，系统需要关心24路振动和2路噪声信号，因此需要使用4块PXI-4472动态信号分析仪。

• 试验标准要求每隔15分钟进行一次振动噪声信号采集和实时频域傅立叶分析，关心的频率分辨率为0.5Hz，带宽为20kHz，16次谱平均。对于振动信号，需要进行频带能量计算；对于噪声信号，需要进行等效声压级计算。

三、数据处理与分析

1. 实时处理

• 在采集到振动噪声信号后，系统需要进行实时处理。这包括对信号进行滤波、放大、模数转换等预处理操作，然后进行频域傅立叶分析，提取信号的频谱特征。

• 对于振动信号，系统需要计算其频带能量；对于噪声信号，需要计算其等效声压级。这些参数对于评估风力发电机组的运行状态至关重要。

2. 数据存储与回放

• 处理后的数据需要存储到数据库中，以便后续的分析和查询。同时，系统还需要提供数据回放功能，方便用户查看历史数据和分析结果。

四、系统优化与实现

1. 性能优化

• 在风电测控系统中，处理器需要同时进行流程执行、环境参数采集、运动控制通信及数字I/O通信等多项任务。这对处理器的速度和内存提出了更高的要求。

• 为提高系统性能，将监控终端应用程序和嵌入式实时控制器程序分开运行。嵌入式实时控制器程序在实时操作系统中独立运行，确保高优先级的数据采集和控制任务优先执行。这种设计有效分流了内存和CPU资源，提高了系统的响应速度和稳定性。

2. 扩展性与可维护性

• 系统采用模块化设计，方便用户根据实际需求进行定制和扩展。同时，系统还提供了丰富的接口和协议支持，方便与其他系统进行集成和通信。

• 为保证整个系统的可扩展性、可更换性和维修简易性，测试系统到现场传感器执行器之间必须具备扩展性强、可靠性强的信号电气连接器。系统设计了混装模块连接器实现到现场的电气连接，将信号分为环境参数、数字I/O信号及噪声振动信号三组电气连接，使用DIN标准外壳和铝制框分别封装，接口采用线簧连接器。这种设计插拔次数大于2万次，具有模块化可扩展性强、接触电阻小、负载电流大、抗震性能好及插拔力轻等优点。

3. 实时性与可靠性

• 风电测控系统对实时性和可靠性要求极高。系统采用实时操作系统和可靠的硬件设计，确保了对声音振动信号的实时分析和处理。同时，系统还提供了多种报警和故障检测机制，及时发现并处理潜在问题，确保系统的稳定运行。

五、结论

本篇详细介绍了风电测控系统中振动噪声信号的采集与处理方案，以及整个系统的优化与实现。通过采用NIPXI-4472动态信号分析仪、PXI总线技术和实时操作系统等关键技术，系统实现了高精度、高灵敏度和多通道同步采集的振动噪声信号采集与处理。同时，通过性能优化、扩展性与可维护性设计以及实时性与可靠性保障等措施，系统满足了风电测控系统对高精度、高可靠性和实时性的要求。未来，随着风电行业的不断发展和技术进步，风电测控系统将在保障风力发电机组安全、高效运行方面发挥更加重要的作用。