大型风电机组状态监测系统研究

摘 要：该文结合大型电机组运行工况实际，以通信技术、网络技术和检测技术为基础，采用微型计算机作为主机，利用PLC作为从机，发挥其强大运算和逻辑功能，通过完善的软件与硬件相结合，构成风力发电机组的状态监测系统。

关键词：风电机组 状态监测 研究

中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（a）-0020-01

对于大型风电机组来讲，其状态监测的意义不言而喻。实现状态监测的关键技术包括计算机应用技术、传感器技术、通信和网络技术，利用这些技术可对运行中的各个设备进行实时监测，从而获取反映运行状态参数，通过判断、处理、分析来预测运行状况，同时提供报警和故障诊断信息，指导最佳运行操作，避免事故发生。

20世纪80年代以来，计算机功能的不断强大，网络、通信以及信息技术的进一步发展使得设备状态监测将向着系统化、集成化方向发展，形成以设备智能管理系统作为状态监测的基础，完成对设备的实时监测、故障诊断功能，并针对诊断结果给出相应的整改、维修策略，并对设备进行状态分析和可靠性水平的性能评估。

大型风电机组由于其工作现场特殊，一般风场坏境复杂恶劣，并在实际安装运行中出现了大量的故障，严重影响了风力发电机的运行和效率，所以对于风电机组的实时状态监测就显得十分重要。

1 系统的总体设计

风力发电机组监测系统分为温度监测、电压监测、电流监测、功率监测、油温监测以及机械部分等方面的检测，将各个检测参量部分的测量信号通过Profi-bus总线网络送入PLC，通过PLC进行状态显示，并将信号通过串口通信至上位机显示实时数据、实时曲线等。

风力发电机组监测系统分级为两层：上位计算机监视和PLC下位控制系统，现场通过智能传感设备采集数据，经现场通讯单元传入上位计算机。

风力发电机组监控系统总体由上位机系统和下位机系统组成。上位机系统由两台计算机（构成冗余）和采用组态软件构建的人机界面组成，下位机系统则由西门子公司的S7-300PLC部分电路、信号采集与处理电路、触摸屏显示电路和Profi-bus总线网络等构成，完成对风电机组情况的全面监控，同时还可与上位机进行通信，为人机界面提供丰富的显示内容，还可接受上位机的操作指令。

上位机系统应用与西门子控制设备配套的WinCC监控组态软件。在本方案设计中的触摸屏内自带组态软件实现控制。

2 系统硬件

本方案中整个监控系统主要包括：计算机、PLC及触摸屏、电力监测仪表以及配套软件等组成部分。作为工控机的计算机是上位机，其内部安装了系统控制软件和采集软件，提供了人机界面，是人与控制系统对话的窗口。工控机通过网关与PLC控制系统相连，完成数据的交换与命令的传送。PLC控制主要包括I/O部分、A/D转换部分、通信部分、电源供给部分、CPU部分和触摸屏，通过触摸屏和工控机都可以实现对整个系统的手动控制。

下位机PLC控制系统的功能包含手动操作、自动操作和远程手动遥控操作三种方式。系统在以全自动操作为主要方式且手动为辅助方式时，主要进行设备检查、调试或维护使用。在这种方式下，按照一定的控制算法、规律预先编制的程序，电机、风扇、齿轮箱等设备的开、停，各种工况之间的切换都由可编程控制器来自动生成，无需操作人员干预。每种工况的运行时间及各种测量参数均可以在线或离线调整，每台设备的运行状态和每种工况进程也都可以通过以PLC为主的下位机系统进行监视。现场采集来的信号通过PLC的控制转化即可在触摸屏上显示也在上位机进行屏幕显示。这样，既能对设备的开关量，又能对现场的数字量如发电机温度值、功率值、电压值等进行控制。[3]

3 系统软件

WinCC是可用于实现自动化领域中控制和检测任务的有力组态软件。Wincc可将生产过程中的状态以图像、文字、棒状图、曲线、报警等形式体现，同时能够将记录所发生的事件、过程数据，提供历史数据查询，可很方便地组态产生报表格式，按时间或者事件触发打印。

WinCC在Windows环境下，可通过DDE方式与其他应用程序进行通信。WinCC的具有开放通信协议，通过一定措施可支持多种品牌的PLC系统。组态软件WinCC作为系统的上位机控制系统软件如图1所示，其画面生动，界面友好，保持了良好的人机对话。

WinCC是一种能集中反映生产自动化和过程自动化于一体的组态软件，实现了相互之间的融合，具有屏幕显示、工艺流程、数据采集、设备控制、网络数据通信、冗余双机热备、生成报表、历史数据与曲线等诸多强大功能于一身，具有较好的开放性和兼容性，广泛应用于石化、钢铁、矿业、电力、冶金、机械、纺织、建筑、材料、制冷、交通、通讯、食品、制造与加工业、水处理、环保、智能楼宇、实验室等多种工业领域。

随着电力系统智能化程度的不断提高，风电机组状态监测的研究也在不断深化，新的方法不断出现，从以前的经典方法到现在的智能化检测，为风电电力运行提供了有力的监控检测工具，本文结合实际提出了一种大型风电机组状态监测的方案，在研究和实践中取得了较好的效果。

参考文献

[1] 肖国春，刘进军，王兆安.电能质量及其控制技术的研究进展[J].电力电子技术，2000.

[2] 邬宽明.现场总线技术应用选编[M].北京航空航天大学出版社，2004.

[3] 徐琳，牟道光.PLC在污水处理中的应用[J].微计算机信息，2004.