[實用新型]一種基于ARM和FPGA構架的風電監測裝置

有效

• 申請號: 201520072866.3
• 申請日: 2015-02-02
• 公開（公告）號: CN204461465U
• 公開（公告）日: 2015-07-08
• 發明（設計）人: 任繼順;汪洋;崔悅;張民威;蘇疆東
• 申請（專利權）人: 北京中元瑞訊科技有限公司
• 主分類號: G01D21/00
• 分類號: G01D21/00
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 史霞

技術領域

本實用新型涉及風電監測領域，尤其涉及一種基于ARM和FPGA構架的風電監測裝置。

背景技術

風力發電系統主要由風能資源、風力發電機組、控制裝置及檢測顯示裝置等組成。風力發電機組是風電系統的關鍵設備。而長期以來，風力發電一直采用計劃維修的方式，在運行后的一定時間周期內進行定期的檢查維修。一方面，這種檢修方式無法及時準確的了解故障部位和原因，也無法清楚設備的運行狀況，并且由于風電裝置設備的特殊性，往往安裝位置均在偏遠的、氣候較差的、不適宜監測人員長期逗留的地域。同時隨著科學技術的不斷發展，風電設備的整體結構也在不斷改變，架構高度的提升、設備尺寸的增加都會給后期檢修和維護帶來很大困難。因此，綜合考慮為了降低風電發電機組的運行風險，減小設備及部件的損壞，節省人力物力的損耗等因素，發展風電發電機組的實時在線監測系統是非常必要并具有重要意義的。

由于風力發電在線監測技術起步晚，國內外成熟的技術屈指可數。早期的風力發電監測設備采用ISA總線結構，該結構插槽形式不可靠，抗振性不好，不適用于振動監測的環境；另外，ISA占用CPU資源太多、速度不快，只能用于傳輸速率要求不高的場合，已經逐步被淘汰。近些年，有些企業采用基于X86的報警監測系統來完成對傳感器供電以及模擬信號的輸入輸出等功能。風機振動監測系統現場數據采集單元的設計采用模塊化結構，整個平臺基于X86工業計算機、AD轉換、信號調理模塊、傳感器構成，其中X86是系統的核心，主要完成數據處理存儲、條件判斷、遠程數據通信等功能，信號調理模塊完成對信號的調理，滿足模數轉換所需的條件，通過AD轉換完成模數信號的轉換，以供處理器處理。傳統在線監測系統的結構圖如圖1所示，傳動系統：傳動鏈關鍵部件包括低速軸、齒輪箱、高速軸、發電機軸承，是風力機組監測系統的主要測點，即被測對象。傳感器：由安裝在測點位置的傳感器來監測。信號采集器：對傳感器輸出的鍵相信號進行預處理、并對傳感器輸入的信號進行信號調整后進行A/D轉換。主控模塊：也稱數據處理及邏輯控制單元，是監測軟件運行的平臺，可以存儲數據、顯示數據、分析數據、實現故障分析和報警保護。

基于X86的狀態監測系統是一個較龐大的系統，如圖2所示，要求現場有足夠的安裝場地和空間，而風力發電機組機艙和塔架的空間是有限的，這就要求各類自動化設備集成度越來越高，尺寸越來越小，功能越來越強大。由于ARM系統具有低功耗、體積小、抗干擾能力強、精度高等特點，對風力發電在線監測提供更優異的條件，使數據傳輸的準確性更有保障，在風力發電現場惡劣的環境因素下，對系統的整體實時監測更加準確可靠。正是在此前提下，我們研制了一套基于ARM和FPGA構架的風電監測裝置。

實用新型內容

針對上述技術問題，本實用新型設計開發了一種基于ARM和FPGA構架的風電監測裝置，目的在于在減小風電監測裝置的體積和功耗，便于安裝；同時實現高速、高精度的數據采集，為風力發電機組實現在線實時監測提供準確、穩定、可靠的數據。

本實用新型提供的技術方案為：

一種基于ARM和FPGA構架的風電監測裝置，包括：

母板，其上開設有多個插槽，ARM系統和FPGA系統通過所述插槽與所述母板連接，所述ARM系統和FPGA系統線路連接，ARM系統和FPGA系統的功耗遠遠小于X86的功耗，顯著減小了整個風電監測裝置的功耗；

傳感器，其設置在被監測對象和所述FPGA系統之間，并將監測到的信號傳輸至所述FPGA系統；

處理終端，其與所述ARM系統線路連接，接收所述ARM系統處理過的信號；

電源，其與所述母板線路連接，用于為所述母板供電。

優選的是，所述的基于ARM和FPGA構架的風電監測裝置中，所述FPGA系統上集成有濾波電路、AD轉換電路和邏輯控制電路，所述濾波電路、AD轉換電路和邏輯控制電路依次連接，濾波電路、AD轉換電路和邏輯控制電路均集成到FPGA系統上，所占空間大為減小。

優選的是，所述的基于ARM和FPGA構架的風電監測裝置中，所述傳感器通過一信號放大單元與所述濾波電路連接，信號放大單元用于將傳感器接收到的信號進行放大后傳送至濾波電路進行濾波。

優選的是，所述的基于ARM和FPGA構架的風電監測裝置中，所述信號放大單元置于所述母板之外，濾波電路、AD轉化電路和邏輯控制電路均集成在母板上，大大減少了母板所占的空間。