原標題：大佬講解測控系統(五)，風電測控系統設計方案(下篇)

大佬講解測控系統(五)：風電測控系統設計方案(下篇)

一、引言

在風電測控系統的設計中，除了基本的硬件架構和軟件流程設計外，對于特定信號的采集與處理，如振動噪聲信號，也是至關重要的環節。本篇將深入探討風電測控系統中振動噪聲信號的采集與處理方案，以及整個系統的優化與實現。

二、振動噪聲信號采集方案

1. 采集需求

• 在風電測控系統中，對振動噪聲信號的采集至關重要。試驗方法往往關心多個測試點振動信號的相位關系，因此要求系統能夠同步采集這些信號。

2. 采集設備

• 系統采用8通道的NIPXI-4472動態信號分析儀進行噪聲和振動信號的采集。這種設備具有高精度、高靈敏度和多通道同步采集的能力。

3. 同步采集實現

• 為確保多個通道的同步采集，系統利用PXI-1050背板上的10MHz系統時鐘。這個統一的時鐘信號通過PXI時鐘觸發同步總線傳遞到各個模塊，實現模塊間的時鐘同步。

• 除了時鐘信號統一外，還需要觸發信號來觸發各模塊同時開始工作。系統將插在PXI-1050機箱2槽的PXI-4472作為主板卡（Master Device），其他槽位的PXI-4472作為從板卡（Slave Device）。從主板卡發送觸發信號，該信號通過星形觸發總線（Star Trigger）到達各從板卡，確保觸發信號偏斜小于1ns，主板卡到各從板卡之間的時延不超過5ns。

4. 采集參數設置

• 根據齒輪箱測試試驗標準，系統需要關心24路振動和2路噪聲信號，因此需要使用4塊PXI-4472動態信號分析儀。

• 試驗標準要求每隔15分鐘進行一次振動噪聲信號采集和實時頻域傅立葉分析，關心的頻率分辨率為0.5Hz，帶寬為20kHz，16次譜平均。對于振動信號，需要進行頻帶能量計算；對于噪聲信號，需要進行等效聲壓級計算。

三、數據處理與分析

1. 實時處理

• 在采集到振動噪聲信號后，系統需要進行實時處理。這包括對信號進行濾波、放大、模數轉換等預處理操作，然后進行頻域傅立葉分析，提取信號的頻譜特征。

• 對于振動信號，系統需要計算其頻帶能量；對于噪聲信號，需要計算其等效聲壓級。這些參數對于評估風力發電機組的運行狀態至關重要。

2. 數據存儲與回放

• 處理后的數據需要存儲到數據庫中，以便后續的分析和查詢。同時，系統還需要提供數據回放功能，方便用戶查看歷史數據和分析結果。

四、系統優化與實現

1. 性能優化

• 在風電測控系統中，處理器需要同時進行流程執行、環境參數采集、運動控制通信及數字I/O通信等多項任務。這對處理器的速度和內存提出了更高的要求。

• 為提高系統性能，將監控終端應用程序和嵌入式實時控制器程序分開運行。嵌入式實時控制器程序在實時操作系統中獨立運行，確保高優先級的數據采集和控制任務優先執行。這種設計有效分流了內存和CPU資源，提高了系統的響應速度和穩定性。

2. 擴展性與可維護性

• 系統采用模塊化設計，方便用戶根據實際需求進行定制和擴展。同時，系統還提供了豐富的接口和協議支持，方便與其他系統進行集成和通信。

• 為保證整個系統的可擴展性、可更換性和維修簡易性，測試系統到現場傳感器執行器之間必須具備擴展性強、可靠性強的信號電氣連接器。系統設計了混裝模塊連接器實現到現場的電氣連接，將信號分為環境參數、數字I/O信號及噪聲振動信號三組電氣連接，使用DIN標準外殼和鋁制框分別封裝，接口采用線簧連接器。這種設計插拔次數大于2萬次，具有模塊化可擴展性強、接觸電阻小、負載電流大、抗震性能好及插拔力輕等優點。

3. 實時性與可靠性

• 風電測控系統對實時性和可靠性要求極高。系統采用實時操作系統和可靠的硬件設計，確保了對聲音振動信號的實時分析和處理。同時，系統還提供了多種報警和故障檢測機制，及時發現并處理潛在問題，確保系統的穩定運行。

五、結論

本篇詳細介紹了風電測控系統中振動噪聲信號的采集與處理方案，以及整個系統的優化與實現。通過采用NIPXI-4472動態信號分析儀、PXI總線技術和實時操作系統等關鍵技術，系統實現了高精度、高靈敏度和多通道同步采集的振動噪聲信號采集與處理。同時，通過性能優化、擴展性與可維護性設計以及實時性與可靠性保障等措施，系統滿足了風電測控系統對高精度、高可靠性和實時性的要求。未來，隨著風電行業的不斷發展和技術進步，風電測控系統將在保障風力發電機組安全、高效運行方面發揮更加重要的作用。