原标题：大佬讲解测控系统(四)，风电测控系统设计方案(上篇)

大佬讲解测控系统(四)：风电测控系统设计方案(上篇)

一、引言

测控系统，即测量与控制系统，在现代工业和科技领域中扮演着至关重要的角色。随着风电行业的快速发展，风电测控系统作为确保风力发电机组安全、高效运行的关键技术，其设计和应用日益受到重视。本文将详细介绍一种基于PXI总线技术的风电测控系统设计方案。

二、风电测控系统概述

风电测控系统主要用于监测和控制风力发电机组的运行状态，包括风速、风向、转速、温度、振动等关键参数。通过实时采集和分析这些数据，系统可以评估机组的性能，及时发现并处理潜在故障，确保机组的稳定运行。

三、系统设计方案

1. 系统架构

本系统采用上下位机架构，上位机为监控终端和人机界面，负责显示实时数据、报警信息和控制指令的发送；下位机包含嵌入式实时控制器、信号调理模块、环境参数采集模块、报警检测模块、振动噪声采集模块及通信模块，负责数据的采集、处理和传输。

2. 关键技术

• PXI总线技术：PXI（PCIeXtensions for Instrumentation）是一种基于PC的测量和自动化平台，结合了PCI的电气总线特性与CompactPCI的坚固性、模块化及Eurocard机械封装的特性，并增加了专门的同步总线和主要软件特性。本系统采用PXI总线技术，实现了高性能、低成本的测控系统解决方案。

• LabVIEW虚拟仪器软件开发平台：LabVIEW是一种图形化编程语言，广泛应用于测控系统的开发。本系统利用LabVIEW平台设计系统的软硬件结构，实现了复杂的声音振动分析计算和资源分流，保证了系统长期稳定可靠地运行。

• 实时操作系统：为了处理复杂的声音振动信号，本系统采用实时操作系统，确保了对声音振动信号的实时分析和处理。

3. 硬件设计

• 嵌入式控制器：选用NI公司的PXI-8106嵌入式控制器，作为系统的核心处理单元，负责数据的采集、处理和传输。

• 信号调理模块：使用SCXI模块对传感器信号进行隔离、放大、滤波等调理，提高测量精度。例如，RTD温度输入使用SCXI-1102和SCXI-1581模块，压力输入使用SCXI-1125模块。

• 数据采集卡：选用PXI-6221数据采集卡，通过机箱背板总线控制信号调理模块，减少电缆连接，提高系统集成度和扩展性。

• 动态信号分析仪：选用PXI-4472动态信号分析仪，用于采集振动噪声信号，实现对风力发电机组振动噪声的实时监测和分析。

• 步进电机和直流调速设备：通过直流调速设备控制步进电机，模拟风力发电机组齿轮箱的实际工作状况，进行环境参数及噪声振动数据的采集和分析。

4. 软件设计

• 监控终端应用程序：采用LabVIEW平台开发，实现用户配置好的试验流程信息的下载、电磁阀的控制、直流调速器转速的设定以及数据的存储和分析等功能。

• 实时控制器应用程序：运行在嵌入式控制器上，按照自动流程信息配置决定当前时刻试验台的操作，包括电磁阀的打开、步进电机的运行控制等。同时，对采集到的环境参数和振动噪声信号进行处理和分析，根据用户配置的报警等级决定流程执行跳转到不同的安全流程。

四、系统工作流程

1. 试验准备阶段：用户通过监控终端配置试验流程信息，包括负载大小、电机转速、运行时间等参数。

2. 试验运行阶段：

• 监控终端将试验流程信息下载到嵌入式控制器。

• 嵌入式控制器根据试验流程信息控制步进电机和直流调速设备，模拟风力发电机组齿轮箱的实际工作状况。

• 数据采集卡采集温度、压力等环境参数以及振动噪声信号，并通过信号调理模块进行信号调理。

• 实时控制器应用程序对采集到的数据进行处理和分析，根据用户配置的报警等级进行报警检测。

3. 试验结束阶段：

• 实时控制器应用程序根据试验流程信息决定是否需要进行振动噪声信号的实时分析和离线分析。

• 分析完成后，生成检测报告，并通过监控终端显示给用户。

五、系统优点

1. 高性能：采用PXI总线技术和LabVIEW虚拟仪器软件开发平台，实现了高性能的测控系统解决方案。

2. 高可靠性：系统采用实时操作系统和可靠的硬件设计，保证了系统长期稳定可靠地运行。

3. 易于扩展：PXI总线技术的模块化设计使得系统易于扩展和升级，方便用户根据实际需求进行定制。

4. 用户友好：监控终端采用图形化界面设计，方便用户进行操作和监控。

六、结论

本文介绍了一种基于PXI总线技术的风电测控系统设计方案。该系统通过直流调速设备控制电机对风力发电机齿轮箱产品进行实际的运行环境模拟，并对采集到的环境参数及噪声振动数据进行分析，最后生成检测报告。系统采用上下位机架构，利用PXI总线技术、LabVIEW虚拟仪器软件开发平台和实时操作系统等关键技术，实现了高性能、高可靠性的测控系统解决方案。未来，随着风电行业的不断发展，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。