大功率风电齿轮箱的无线监控系统研究

【摘要】：近几年来由于受到全球经济对化石燃料高度依赖的影响,以及出于对环境问题的关心,发电方式的替代选择受到越来越多的重视。同时,在能源市场逐渐多样化这一大趋势下,风能可能是最有前途的可持续能源之一。全球风电场的数目正逐年增多,但是风电场齿轮箱发生故障的事情也是接连不断,特别是我国风电场的齿轮箱发生故障的几率在风电机组出现的故障中占有很大比重。正是因为这样,如何保障风电机组中的齿轮箱正常运行,在齿轮箱出现故障时及时得到维修或者可以预知发电过程中齿轮箱可能会出现的故障及时更换设备,减少因生产事故带来的损失。这就要求有一套实时监控系统对风电齿轮箱进行实时监控,及时了解现场问题。本文主要是介绍了对大功率风电齿轮箱的无线监控系统的研究。 首先,从整体结构上介绍了大功率风电齿轮箱的无线监控的总体构架和该系统采取网状拓扑结构的优点。在硬件设计方面,主要介绍了终端节点、路由器节点和协调器节点的设计。终端节点主要是介绍了基于CC2430的无线传感器网络模块节点设计和采集齿轮箱运行状态数据的传感器设计。路由器节点是在无线传感器网络节点设计的基础上增加了一个串口。协调器的设计主要是介绍了USB设计、液晶显示模块设计和LEDS设计等。 然后,介绍了大功率风电齿轮箱的无线监控系统的软件实现和上位机管理系统的研发。该系统的软件编程主要是终端节点模块、路由器节点模块、和协调器节点模块终端节点三个模块的软件开发。终端节点软件编程主要是传感器采集齿轮箱数据；路由器节点软件编程主要是实现数据的接收和发送、协调器节点软件编程主要是通过路由器收集终端节点采集的数据然后通过串口上传到上位机。上位机的管理系统是用VB实现的人机友好界面的管理系统,主要介绍了管理系统的主窗体、实时监控和系统管理等功能模块。 最后,对本文所做的工作进行了总结和展望,提出了系统不完善之处和改进部分。 图[28]参[49] 【关键词】：无线监控 传感器网络 风力发电 齿轮箱
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM315;TP277
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 引言14-20
• 1.1 研究背景14-16
• 1.2 大功率风电齿轮箱的监控系统研究现状16-17
• 1.3 该系统在应用方面的意义17-18
• 1.4 本文所做的工作18-20
• 2 系统总体设计20-28
• 2.1 系统总体介绍20-23
• 2.1.1 网络拓扑结构21-22
• 2.1.2 上位机管理系统简介22-23
• 2.2 大功率风电齿轮箱的无线监控系统硬件平台选择23-27
• 2.2.1 处理器模块的选择要求23-24
• 2.2.2 无线通信方式的选择24-26
• 2.2.3 传感器模块26-27
• 2.2.4 电源模块27
• 2.3 本章小结27-28
• 3 无线监控系统的硬件设计28-42
• 3.1 无线监控系统的终端节点设计28-36
• 3.1.1 无线传感器网络节点的基本原理28-29
• 3.1.2 CC2430的特点29
• 3.1.3 节点模块设计29-32
• 3.1.4 传感器模块设计32-33
• 3.1.5 温度传感器模块硬件设计33-35
• 3.1.6 电池电压检测电路设计35-36
• 3.2 路由器节点设计36
• 3.3 协调器节点的设计36-40
• 3.3.1 协调器节点原理36-38
• 3.3.2 协调器节点的电源模块电路设计38-39
• 3.3.3 协调器节点的USB和LEDS设计39-40
• 3.3.4 协调器节点的液晶显示模块电路设计40
• 3.4 本章小结40-42
• 4 无线监控系统的软件开发42-60
• 4.1 风电齿轮箱的无线监控系统开发软件架构42-47
• 4.1.1 风电齿轮箱的无线监控系统软件总体架构42-43
• 4.1.2 IAR EV8051集成开发环境的简介43
• 4.1.3 ZigBee协议栈结构的简介43-44
• 4.1.4 TI Z-Stack软件架构44-47
• 4.2 终端节点的软件设计47-53
• 4.2.1 终端节点的软件设计构架47
• 4.2.2 终端节点的温度测量47-49
• 4.2.3 程序设计49-53
• 4.3 路由器的软件设计53-57
• 4.3.1 路由器简介53
• 4.3.2 初始化53-54
• 4.3.3 选择信道54-55
• 4.3.4 选择通信模式55-56
• 4.3.5 发送模式56
• 4.3.6 接收模式56-57
• 4.4 协调器的软件设计57-59
• 4.4.1 协调器软件设计57-58
• 4.4.2 协调器向上位机发送数据设计58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 5 上位机管理60-66
• 5.1 系统登陆界面设计60-61
• 5.2 主窗体设计61
• 5.3 主要功能窗体设计61-62
• 5.4 系统管理设计62-63
• 5.5 系统调试63-64
• 5.6 本章小结64-66
• 6 结论与展望66-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-74
• 作者简介及读研期间主要科研成果74

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