风机监控系统及通信系统
基于风机运行状态识别的智能监控系统设计及实现
基于风机运行状态识别的智能监控系统设计及实现第一章引言随着科技的不断发展，人们的生活质量得到了很大的提高。
在工业领域，机械设备的自动化和智能化是当前的发展趋势。
随着工业自动化程度的不断提高，对工业设备的运行状态监控也越来越重要。
特别是在风机设备的运行中，如果能及时监控到风机运行状态，可以在遇到问题时，及时进行处理，从而保障风机的正常运行。
本文结合机械控制及信息处理的相关知识，设计实现了基于风机运行状态识别的智能监控系统。
该系统通过传感器采集风机的相关数据，利用数据进行分析，实现对风机运行状态的识别和监控。
下文将对该系统设计的实现过程进行详细介绍。
第二章系统需求分析2.1 系统目标本项目旨在研究基于风机运行状态识别的智能监控系统，在保证风机正常运行的前提下，及时发现风机出现的故障和异常情况，从而保障生产运行的正常性。
2.2 功能需求该系统主要需要实现以下功能：（1）采集风机相关数据。
（2）根据采集到的数据进行特征提取。
（3）根据特征数据进行分类识别，判断风机运行状态是否正常。
（4）实现对风机状态的单独监控，并及时向操作员报警。
2.3 技术需求该系统需要具备以下技术要求：（1）传感器通过有线或无线方式采集数据。
（2）利用机器学习算法进行特征提取和分类分析。
（3）利用无线通信技术实现对风机状态进行监控及远程控制。
（4）主要硬件设备包括传感器、数据采集模块、机器学习处理单元、通信模块等。
第三章系统设计3.1 系统硬件设计（1）传感器：采用温度传感器、震动传感器等多种传感器，对风机运行状态进行监测。
（2）数据采集模块：实现各类传感器信息的采集和传输，将数据传送至机器学习处理单元。
（3）机器学习处理单元：采用ARM9处理器，配备高速DDR 内存和SOC芯片，存储风机数据，进行特征提取和分类分析。
（4）通信模块：采用4G无线通信模块，实现对风机状态的实时监控。
3.2 系统软件设计本系统主要采用C++和Python进行软件开发，具体实现如下：（1）数据采集模块相关程序：用C++编写，实现风机数据的采集和传输。
风力发电控制系统及远程监控
号
电量采集系统 就地监控系统 中央及远程监控系统
风机与风机间或风机与控制中心的网络通信部分
风电控制系统的现场控制站包括：
塔座主控 制器机柜
变流器系 统
现场总线 通讯网络
机舱控制 变桨距系
站机柜
统
现场触摸 以太网交
屏站
换机
UPS电源
紧急停机 后备系统
风电控制系统基本功能：
（1）数据采集（DAS）功能：包括采集电网、气象、机组 参数，实现控制、报警、记录、曲线功能等
系统目前普遍采用，
简单可靠，但是对风能 的利用不充分，因为风 力机只有在一定的叶尖 速比的数值下才能达到 最高的风能利用率。
变速恒频机组结构
变速恒频机组特点
风力发电机组的转速随风速的 波动作变速运行，但仍输出恒 定频率的交流电。
此方式提高了风能的利用率， 增加了系统的柔动性，但将导 致必须增加实现恒频输出的电 力电子设备，增加系统复杂性。
实时显示生产情况和分机运行、故障报警
多个风电场集中监控，可接入检测不同电场合风机，规 避不同机组和中控系统复杂性，通过一套系统检测和管 理。 可以接入升压站、测风塔及气象等数据，形成综合对比 分析。
谢谢观看！
②系统显示各台机组的运行数据，如每台机组的瞬时发电 功率、累计发电量、发电小时数、风轮及电机的转速和风 速、风向等，将下位机的这些数据调入上位机，在显示器 上显示出来，必要时还可以用曲线或图表的形式直观地显 示出来。
③系统显示各风电机组的运行状态，如开机、停车、调向、 手/自动控制以及大/小发电机工作等情况，通过各风电机组 的状态了解整个风电场的运行情况。
（2）机组控制功能：包括自动启动机组、并网控制、转速 控制、功率控制、无功补偿控制、自动对风控制、解缆控
风机scada监控标准
风机scada监控标准风机SCADA监控标准是指在风力发电场中，用于监控和控制风机运行的监控系统的标准和规范。
这些标准通常由国际标准组织、行业协会以及国家标准化机构制定，并且会涉及到硬件、软件、通信、安全等方面的要求。
下面我将从多个角度来回答你关于风机SCADA监控标准的问题。
首先，风机SCADA监控标准涉及到硬件方面的要求。
这包括对监控系统中使用的传感器、控制器、数据采集设备等硬件设备的规范要求，比如设备的精度、稳定性、可靠性以及对恶劣环境的适应能力等方面的要求。
此外，还包括对硬件设备的安装、布线、维护等方面的标准规定。
其次，风机SCADA监控标准也涉及到软件方面的要求。
这包括监控系统的软件平台、数据处理算法、用户界面设计等方面的标准规定。
比如，监控系统的软件应具备实时性、稳定性、易维护性等特点，能够对风机的运行状态进行实时监测、数据分析和故障诊断等功能。
另外，风机SCADA监控标准还会涉及到通信方面的要求。
监控系统通常需要与风机、数据中心以及其他监控设备进行数据交换和通信，因此需要规定通信协议、网络架构、数据传输安全等方面的标准要求，以确保监控系统的稳定可靠运行。
此外，风机SCADA监控标准还会包括对监控系统的安全性要求。
这包括系统的防护措施、数据的加密传输、权限管理等方面的标准规定，以确保监控系统不受到恶意攻击和非法访问，保障风机运行的安全稳定。
总的来说，风机SCADA监控标准是为了规范风力发电场中监控系统的设计、安装、运行和维护，以确保监控系统能够准确、可靠地监测和控制风机的运行，提高风电场的运行效率和安全性。
这些标准的制定和遵守对于风电行业的发展和风电设备的运行具有重要意义。
金风1.5兆瓦机组通讯监控系统概述
工作站 工作站 服务器
工作站
打印机
工作站
网状
计算机数据通信网络拓扑结构
组合拓扑结构图
金风1.5兆瓦机组的通信网络结构
• 随着风力发电机组大型化的发展趋势，风机通讯的即时性、可靠性、稳定性 显得更为重要，为此，公司1.5兆瓦风力发电机组采用了工业以态网的组网模 式。 • 以太网是一种计算机局域网组网技术。IEEE制定的IEEE 802.3标准给出了以 太网的技术标准。它规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的 内容。以太网是当前应用最普遍的局域网技术。它很大程度上取代了其他局 域网标准，如令牌环、FDDI和ARCNET。 • 工业以态网是指应用到工业控制系统的以态网。 • 金风科技1.5兆瓦风机监控系统主要功能是获取统计风机运行数据，即时获取 风机运行状态，并进行简单控制。由于风机控制主要是通过就地PLC完成， 中央监控系统对就地信息获取的即时性要求并不高，但需要获取准确的风机 运行状态与数据。另考虑风机中控与各风机间实际地理位置情况、风机通讯 成本，及现场对通讯端口需求情况（一般只需要3个网口），设计采用自愈环 网结构。以下为几种自愈环网结构。 • 单环路结构 • 应用在风机较少项目（10台以下）上。 • 当此环路上的某一个节点发生故障时都不会影响其它节点的正常通信。
达坂城5台兆瓦级风机 通信网络结构
金风1.5兆瓦机组风机内通信连线
中央监控系统软件的介绍
• 金风中央监控采用C/S结构设计，使用数据库实现数据存储。通 过实现各个风机主轮训方式实现风机数据的实时显示。通过实现 各个风机单独查询方式获得选定风机的实时详细状态显示。通过 实现命令下达方式实现对选定风机的就地控制。 • 由于系统是就地控制系统。所以是一个相对独立的自动化监控系 统。它通过与风机适配器的结合获得风机的各实时数据并选择存 入数据库中。通过分析处理、显示、统计等一系列的过程来完成 对风电厂各个风机的自动化监控。 • 本系统符合IEC标准协议，具有协议无关性。即任何协议的风机 协议均可在适配器适配后连接此系统运行。 • 为了使软件在WINDOWS中达到最佳显示效果，请将WINDOWS 显示分辨率设置为800×600以上，颜色设置为256种以上颜色。
!!!风力发电电力监控系统介绍
风力发电电力监控系统介绍1. 背景风力发电是把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。
风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。
在我国能源的需求下，风力发电不断的扩展，风电建设的工作也不断的加大，其中一个电力公司会有几个风电场，而这些风电场大多数都会分布在不同的区域。
同时，一个风电场根据规模的不同，会拥有几十到上百台不等的发电风机，这种条件的影响下，每个风电场都会有自己的电力监控系统。
但是，对于多个风电场的统一管理就增加了难度，为了解决这一问题，集控中心的出现就很好的解决了这一问题。
因此，风电场在网络化、智能化在提高生产效率和管理效率的同时，也为恶意攻击者增加了新的攻击途径，近几年电力发生的安全事件层出不穷，使得我国电力面临越来越多的安全威胁和挑战。
2.风力发电机组控制系统风力机的运行及保护需要一个全自动控制系统，它必须能控制风机自动启动，控制叶片桨距的机械调节装置及在正常和非正常情况下停机。
除了控制功能，系统用于监测以提供运行状态、风速、风向等信息。
风机控制系统是由塔基主控制柜、机舱控制柜、轮毂控制柜组成。
风力发电机组控制单元（WPCU）是每台风机的控制核心，分散布置在机组的塔筒和机舱内。
图1风电机组总体结构2.1塔座控制站塔座控制站即主控制器机柜是风电机组设备控制的核心，主要包括控制器、I/O模件等。
控制器硬件采用32位处理器，系统软件采用强实时性的操作系统，运行机组的各类复杂主控逻辑通过现场总线与机舱控制器机柜、变桨距系统、变流器系统进行实时通讯，以使机组运行在最佳状态。
塔基控制柜是由PLC主站、RTU（远程接口单元）、工业以太网交换机、UPS电源、触摸屏（本地监控及操作）、各种按钮、指示灯、小型断路器、继电器、加热元件、风机、端子板等等组成。
2.2机舱控制站机舱控制站采集机组传感器测量的温度、压力、转速以及环境参数等信号，通过现场总线和机组主控制站通讯，主控制器通过机舱控制机架以实现机组的偏航、解缆等功能，此外还对机舱内各类辅助电机、油泵、风扇进行控制以使机组工作在最佳状态。
矿井主通风机在线监控系统
图1 矿井通风机在线监测系统框架图
2.2 PLC硬件设计 S7-300PLC的硬件主要由电源模块、CPU、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块、通信模块组成。 （1）数字量输入输出模块主要用于低压柜控制方式及开关状态、电动机接触器及热继电器状态、变频器运行及故障状态、风门接触器状态及台风开到位、关到位状态，并控制低压柜开关的分合闸、电动机的正转/反转和变频/工频启动，以及风门的打开和关闭。 （2）模拟量输入输出模块主要对风机负压及流量、电动机温度和振动、变频器输出转速和电流、低压柜的电力参数等进行AD转换。 （3）通信模块负责与各低压柜内的电参数采集模块、上位机进行通信。2.3 上位机监控软件设计 通风机参数在线监测系统配备RJ45以太网接口，软件接口OPC协议，通过矿井地面光纤主干环网向矿井信息与自动化系统上传信息，实现远方对风机设备实行监测、监控、数据共享等功能。 上位机监控系统功能如下： 1）监测主风机、电机的运行状态（、全压、风量、风速、温度。监测电机的电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数、有功电度、无功电度。 2）对电机前后轴承温度、电机定子温度、电机电压、电机电流、静压、全压、振动、风流中瓦斯浓度等参数提供历史信息的查询打印，重要参数超限时实时报警，可由用户设置报警上下限。 3）可实时记录风机开关传感器状态，以及每个主电机实施开停动作的具体时刻，并且可根据要求生成报表。 4）监测高压柜电压、电流、有功功率等参数，监测断路器、接触器、操作状态转换开关、保护动作信号等参数。模拟量传感器检测参数、主电机电压、电流等动态参数按合理的时间密度记录（风道环境参数由安全监测系统采集），并生成趋势曲线图。 5）监测数据能够按不同的条件查询，并且便于打印输出，授权的网络终端用户能够远程查看监测数据。 6）提供程序及数据安全管理功能，不同的用户可设置不同的权限，防止未授权用户修改监控系统参数。 7）风机在线监控子系统就近接入环网交换机，通过工业以太网快速接入全矿综合自动化平台，提供OPC接口与自动化平台无缝连接，实现风机的监控和数据共享。 8）可实现风机的遥控自动启停、自动倒换和遥控“反风”运行功能。可实现多种控制方式：本地手动、本地自动、远程手动、远程自动。
通风机在线监测监控系统---技术方案
徐州中测电子科技有限公司通风机在线监测监控系统技术说明地址：徐州中国矿业大学科技园联系人：郝三宝客户服务电话：1 5996956110电话号码：(0516)83307999传真：(0516)83307899详细描述矿井主通风机是向井下送风的重要设备，也是大型耗能设备，对其实现在线监测监控，使之始终运行在良好状态，对于保障煤矿安全生产，保护矿工生命和企业财产安全，降低风机能耗具有重要意义。
徐州中测电子科技有限公司成功研制开发的矿井主风机在线监控系统，综合利用现代传感技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、网络通讯技术，基于企业计算机网络实现主风机运行参数、通风数据的实时监测与风机主辅设备控制的一体化，监测内容丰富，控制功能完善，具有实时性强、安全可靠、操作方便、易学易用的特点。
系统结构如图所示，主要由PLC测控系统、上位机冗余组态软件系统、视频监视系统三大部分组成。
系统特点1、PLC测控系统采用双CPU，能够快速准确可靠地完成监测监控功能；2、上位机应用软件采用冗余组态软件系统，使得系统更加安全可靠；3、系统可根据现场应用需求灵活配置，伸缩性强；4、测控功能上的网络化、WEB化。
系统主要功能1、实时监测风机风压（静压、全压）、风速风量、轴承温度、定子温度、电网电流、电压、功率、电机与风机效率、风峒大气参数（温度、湿度、大气压力）等风机运行各种参数；2、监测风门位置、风机开停状态、反风信号和电机编号等风机运行多种状态信息；3、控制风门开/关、风机启/停；4、自动闭锁控制，保证系统安全；5、具有现场控制、远程控制、手动控制等多种控制方式；6、在控制中心，通过32′液晶电视对风机机房进行24小时监视，通过网络视频服务器实现24小时远程监视。
系统软件功能1、接收、处理、存储、显示PLC系统上传的现场数据，显示方式多样，生动直观；2、自动生成各类报表，内容丰富翔实；3、实时曲线、历史曲线绘制；4、实时监测各类参数，具有超限报警并记录报警信息的功能；5、系统设置了操作权限，只有获得权限的人员才可以操作系统；6、支持远程网络浏览和控制。
风电场监控系统
风电场监控系统一、风电场监控系统的工作原理风电场监控系统主要由监控中心、数据采集系统、数据处理系统和远程控制系统组成。
监控中心是系统的核心，负责实时监测风电场各个部件的运行状态和数据传输。
数据采集系统通过各种传感器采集风电场各种参数，比如风速、风向、转速、功率等，然后将这些数据传输到监控中心。
数据处理系统对传输过来的数据进行处理和分析，生成报表和图表，为管理人员提供决策依据。
远程控制系统可以实现对风电场设备的远程监控和控制，根据实时数据调整风电场的运行参数，提高发电效率和延长设备寿命。
二、风电场监控系统的功能1. 实时监测：监控系统可以实时监测风电场各个部件的运行状态，包括风机、变流器、发电机等，及时发现故障和异常情况。
2. 数据采集：系统能够采集各种参数数据，比如风速、转速、温度、湿度、功率等，为风电场的运行提供数据支持。
3. 数据处理和分析：通过对采集的数据进行处理和分析，系统可以生成各种报表和图表，为管理人员提供决策依据，比如风电场的发电量、风速变化趋势等。
4. 远程控制：系统可以实现对风电场设备的远程监控和控制，管理人员可以通过监控中心对设备进行调整和维护，提高风电场的安全性和效率。
5. 预警和故障诊断：系统能够通过分析数据快速判断设备的故障和异常情况，及时发出预警信息，为设备维护和保养提供及时支持。
6. 远程维护：监控系统可以实现对风电场设备的远程维护和保养，减少运维人员的出差频率，降低运维成本。
三、风电场监控系统的应用风电场监控系统的应用可以提高风电场的运行效率和安全性，降低维护成本，提高发电量。
它广泛应用于各种规模的风电场，比如百兆瓦以上的大型风电场、地面式风电场、海上风电场等。
1. 大型风电场：对于大型风电场来说，监控系统可以实时监测风机和发电机等设备的运行状态，快速判断故障和异常情况，提高风电场的发电效率和安全性。
2. 地面式风电场：地面式风电场一般设备数量较多，分布范围较广，因此监控系统可以实现对所有设备的集中监控和控制，减少维护成本，提高运行效率。
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1、SCADA监控系统
金风科技作为国内最大的风机制造商，针对国产风机已经拥有了功能完善的风力发电机中央监控软件及远程监控软件。
并于2006年开发完成金风
SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制系统)系统，该系统可实时对多个电场、多种机型实现远程数据采集和监控及各类信号报警。
系统分为中央监控系统（指通过风电场通讯光缆在风电场监控室实现的监控系统）和远程监控系统（指通过Internet实现的监控系统）。
8.1、SCADA监控系统组成
SCADA系统由前置适配器、中央监控系统、远程监控系统、代理服务器、远程数据中心组成，如下表：
8.2、SCADA监控系统功能特点
SCADA系统能为不同用户定制不同的功能。
针对投资商：风场发电量监测、项目投资受益
针对运营商：风机运行状态检测、风资源情况、风机可利用率、风机产能状况、可以按任意时段统计功率曲线。
8.3、SCADA远程监控系统
金风科技根据电力行业远程数据监控要求，确保数据的安全性，可以采用电力专网为传输介质。
如果配有完善的网络路由器及防火墙，也可通过光纤、ISDN、ADSL、CDMA、GPRS等上Internet，通过VPN实现远程监控。
风电场生产运行数据监视系统中风电机组远程监测系统平台我们计划采用风电场风机排布方式显示。
所有远程用户都可通过浏览器访问远程数据中心进入远程监测系统，并根据不同的访问权限，查询相应的功能。
按照不同的访问权限可以非常方便查询所有电场或某几个电场、某一个电场所有风机运行情况数据。
当用户进入系统时，根据授权，能看到所授权访问的各个电场，可以总览所有电场，可以进入某电场查看电场各风机的运行状态及产量，并可进一步查看单台风机的内容。
远程监控示意图如下：
8.4、OPC协议
依据客户需求可提供OPC接口。
为了避免开放数据过多对中央监控系统的软硬件带来的超量增长负荷，从而会影响招标人的实际生产、检修、调度、计划等工作，投标人目前可开放风速、风向、发电量、有功功率、无功功率、功率因数这6个参数。
8.5、箱变监控
SCADA系统可根据招标人的需求对箱式变压器运行状态进行监控（费用另行计算）
投标人依据历来的项目经验，推荐箱变监控方案如下：
2、机组通讯介绍
GW1500kW风力机采用工业以太网(Ethernet)的通讯方式，风力机端通讯接口为为RJ45电气接口。
就地通讯网络是通过电缆、光缆等介质将风机进行物理连接，对于介质的选择依据风电场的地理环境、风机的数量、风机之间的距离、风机与中央监控室的距离、项目的投资以及对通讯速率的基本要求制定(推荐以单模光缆为传输介质)。
网络结构推荐环形结构。
具体的连接方式需要确定风机的排布位置、及结合现场施工的便捷性制定。
1#
3#
6#8#
光纤网线2#
4#
5#7#
环型网络是指依次将各网络结点连接后，将链路首尾结点也连接的网络。
环型网络是总线型网络的改进，它使数据传输的物理链路有2个方向，当一条链路出问题时，会启用另一条链路，如下图。
9.1、 光缆(光纤)选型要求
敷设方式：需要确定光缆采用架空还是直埋方式。
架空可选ADSS 型光缆，直埋可选GYTA53型光缆。
光纤芯数：根据网络需要，可选用用4芯或8新光缆。
光缆芯数采用四芯时，要求按下图的方式进行布线（以某风场5台兆瓦风机为例）。
32#31#
33#34#
35#至监控室
采用四芯光缆时，需要从最后一台风机处再拉一根光缆去中控室。
光缆芯数采用8芯，要求按下图的方式进行布线。
32#31#
33#34#
35#至监控室
采用八芯光缆时，需要将其中的四芯从31#-> 32#->33#->35#->34#->监控室全部熔接起来， 这样将增加熔接成本，但可以节省了光缆成本。
单多模光缆：风机数量较少，排布均匀，离控制室距离近（小于2kM ）可选多模光缆；风机数量较多，排布不均匀，离控制室远（大于2kM ）建议使用单模光缆。
光纤接头：需要和光纤转换器接口类型一致，通常为SC 、ST 、FC 型接头，推荐采用是ST 型接头。
光缆预留：现场的每个通讯端（机组）都需要盘至少15m 作为余量。
从监控系统的稳定性和通讯速率考虑，一台监控机通讯环路不多于7路，每条线路上风机数量不多于15台。
9.2、光纤以太网交换机选型技术要求
光纤以太网交换机是以太网数据传输中最重要的网络设备，该设备运行的好坏，直接影响了网络的质量，因此设备的选型要求至关重要，建议按照以下要求进行选型：
9.2.1产品设计及元器件选用上满足工业现场需要。
9.2.2机械环境适应性（耐振动、冲击）、气候环境适应性(工作温度-35～＋
75；耐腐蚀、防尘、防水)，满足要求。
9.2.3符合IEEE 802.3标准、电磁安全认证、工业控制设备认证等。
9.2.4支持工业级环网协议，链路故障恢复时间小于300毫秒。
9.2.5电源为宽电压，工作电压在18VDC～36VDC，双冗余设计，有过载保护功
能。
9.2.6安装方式采用导轨式。
9.2.7散热方式为无风扇外壳散热。
9.2.8外壳材料为高强度和金外壳。
9.2.9电口自行调整直行或交叉线，可选双共或半双工。
9.2.10有LED灯显示电源/连接、活动状态/速率。
9.3、可组成光纤链网、环网、星型网、相切环。
9.4、应具备4～6个电口；2对光口，SC或ST型单模接口。
点对点传输距离
在20KM。
机组内光端机接线方式
光纤以太网交换机DC24V DC0V
网线
上一台机组光纤下一台机组光纤
控制器
9.5、通讯材料
结点3。