【正文】 閱 教 師 評 審 意 見 評價(jià) 內(nèi)容 具 體 要 求 權(quán)重 評 分 加權(quán)分 查閱 文獻(xiàn) 查閱文獻(xiàn)有一定廣泛性；有綜合歸納資料的能力 5 4 3 2 工 作量 工作量飽滿，難度適中。受其惡劣的自然環(huán)境，以及復(fù)雜的發(fā)電機(jī)組和電力電子裝置等因素影響，風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備很容易遭破壞，影響生產(chǎn)。 數(shù)據(jù) 監(jiān)測技術(shù)的目的就要是尋找一些應(yīng)用于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障分析和預(yù)測方法，通過自動在線監(jiān)測技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)組實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷分析，以及利用在線監(jiān)測技術(shù)預(yù)測機(jī)組狀態(tài)的發(fā)展并及時(shí)提供維護(hù)信息，減少安全隱患。經(jīng)過對模擬輸入振動信號的分析處理進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動監(jiān)測軟件平臺的可操作性，具有進(jìn)一步開發(fā)和完善其現(xiàn)場應(yīng)用的價(jià)值。在這里可以根據(jù)實(shí)際需要，對通道口的選擇、濾波器開關(guān)的選擇、通道報(bào)警值、采樣最大最小值、輸入方式配置、采樣頻率及采樣模式等進(jìn)行設(shè)置。通道的報(bào)警歷史記錄，便于普通用戶和管理員及時(shí)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組維護(hù)和管理。并且據(jù)著名金融機(jī)構(gòu)高盛的預(yù)計(jì)，每桶石油價(jià)格將突破 200 美元。 此外，為了減輕世界環(huán)境污染，減少溫室氣體排放，也使世界各國加快了尋找開發(fā)替代高污染排放的石油、煤炭等價(jià)廉的清潔新能源。 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r 世界風(fēng)電發(fā)展?fàn)顩r 美國的 Charles F. Brush（ 18491929）在 18871888 年冬安裝了一臺被現(xiàn)代人認(rèn)為世界上最早的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)有最早是在偏遠(yuǎn)地區(qū)，在此后一段時(shí)間內(nèi)，由于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備機(jī)械事故頻發(fā)且發(fā)電成本較高，而石油價(jià)格卻在下降，能源供應(yīng)充沛，因而風(fēng)力發(fā)電并沒有得到足夠的重視，幾乎沒有得到什么發(fā)展。當(dāng)今世界風(fēng)力發(fā)電市場發(fā)展迅速，據(jù)丹麥 BTM 咨詢公司的統(tǒng)計(jì)， 2021 年全球風(fēng)力發(fā)電市場新增裝機(jī)容量創(chuàng)新高， 新增 1,980 萬 kW， 累計(jì)總?cè)萘窟_(dá)到了 9,400 萬 kW， 較 2021 年的 7,431 萬 kW 的總?cè)萘吭鲩L了 %。我國風(fēng)能資源主要分布在東南和遼東半島的沿海及其島嶼，內(nèi)蒙古北部，甘肅，新疆北部地區(qū)，以及松花江下游地區(qū)。至 2021 年底，我國已在 16 個(gè)省、直轄市、自治區(qū)建有 91 個(gè)風(fēng)電場。 虛擬儀器與 LabVIEW 介紹 虛擬儀器的概念 虛擬儀器 VI（ Visual Instrument）通常是指具有虛擬面板的個(gè)人計(jì)算機(jī)儀器，最早是由美國國家儀器公司 NI（ National Instruments Corporation）在 20 世紀(jì) 80 年代提出的。 20 世紀(jì) 90 年代，計(jì)算機(jī)總線速度進(jìn)一步提高， PCI 總線的數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到了 132Mbps， 1996 年底， NI 公司在 PCI 總線的基礎(chǔ)上提出了第一代 PXI（ PCI eXtensions for Instrumentation）系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范。應(yīng)用 基于 Labview 的風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 軟件 LabVIEW 開發(fā)的虛擬面板上有與真實(shí)儀器相同功能的虛擬開關(guān)、按鍵和旋鈕等。它最先被應(yīng)用于蘋果機(jī)上，隨著 計(jì)算 機(jī)操作系統(tǒng)軟件的發(fā)展，逐漸發(fā)展到可在多種操作平臺上運(yùn)行，如： Windows、 Sun SPARC stations、 Apple Macintosh puter、 HPUX workstations 等。 LabVIEW 所運(yùn)用的設(shè)備圖標(biāo)與科學(xué)家、工程師們習(xí)慣的大部分圖標(biāo)基本一致，這使得編程過程和思維過程非常的相似。 最后， LabVIEW 還使用并行工作方式， 作為一個(gè)多任務(wù)的軟件系統(tǒng)，當(dāng) LabVIEW 創(chuàng)建具有同步的程序塊時(shí)，就可交互地運(yùn)行并行 VIs 程序。 （ 3）圖標(biāo)連接端口（ Connector） ：相當(dāng)于儀器中的某個(gè)集成電路，是對子程序（ subVIs）的調(diào)用形式，是 VI 程序的可選部分。 其設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)有五點(diǎn)： （ 1）層次化結(jié)構(gòu) 基于 Labview 的風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 LabVIEW 是模塊化程序設(shè)計(jì)語言， 用戶可以把一個(gè) VI 程序創(chuàng)建成自己的一個(gè)圖標(biāo) /接口 （即 VI 子程序） ，然后被其他 VI 程序所調(diào)用。 （ 4）基于文本的公式結(jié)（ Formula Node） 公式結(jié)是一種用于書寫數(shù)學(xué)公式的文本編輯框。也有與其獨(dú)特應(yīng)用方式有關(guān)的自有的配置選項(xiàng)。 圖 11 LabVIEW 軟件環(huán)境界面設(shè)置 基于 Labview 的風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 LabVIEW 的編程需要通過與程序設(shè)計(jì)，編碼及調(diào)試等過程相關(guān)選項(xiàng)的配置。 “系統(tǒng)”直接調(diào)用操作系統(tǒng)的控件，風(fēng)格與 Windows 應(yīng)用程序相似。 （ 4）控件和函數(shù)選板（ Control / Functions Palettes） 在前面板或背板上右擊，會彈出控件或函數(shù)選板。任何運(yùn)行時(shí)間同步服務(wù)的計(jì)算機(jī)都可作為時(shí)間服務(wù)器使用，主時(shí)間服務(wù)器是列表中的第一臺計(jì)算機(jī)。選擇某個(gè)菜單項(xiàng)后，用戶可以在快捷方式和組合鍵 ， 設(shè)置該菜單項(xiàng)的快捷方式。 （ 8）調(diào)試（ Debugging） 此選項(xiàng)頁用來對 LabVIEW 提供的調(diào)試工具進(jìn)行設(shè)置，選項(xiàng)包括：高亮顯示執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流 ； 高亮顯示執(zhí)行過程中的自動探測值 ；默認(rèn)在錯(cuò)誤列表對話框中顯示警告 ； 啟動時(shí)提示調(diào)查內(nèi)部錯(cuò)誤。 通過設(shè)置基本屬性，編程人員可以更有效地管理 VI 程序。安全設(shè)置主要包括登錄方式、用戶名、密碼管理、域管理。它允許用戶通過瀏覽器訪問和使用 VI，是將程序提供給用戶測試的好方式。信號調(diào)理就是將傳感器所輸出的電信號進(jìn)行放大、隔離、濾波等，以便數(shù)據(jù) 采集卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。如果風(fēng)速過大或者電壓值不穩(wěn)，就會產(chǎn)生報(bào)警信號，報(bào)警這個(gè)功能是很容易實(shí)現(xiàn)的，只要用一個(gè)比較函數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)，把我設(shè)定的值連接到比較函數(shù)的 X 輸入端，外界溫度值連接到比較函數(shù)的 Y 輸入端，比較函數(shù)的輸出端與一個(gè)布爾指示燈相連就可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警了。 傳感器 目前較先進(jìn)的振動測試用的傳感器有電渦流傳感器，速度傳感器和壓電加速度傳感器。 由齒輪和軸承引起的齒輪箱和發(fā)電機(jī)振動， 頻率范圍寬， 從 1Hz 至 20,000Hz，可由壓電加速度傳感器 7 來測量。為了盡可能地獲得最大精度，最好將信號放 大至與測量儀器中模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC）的最大輸入范圍適當(dāng)。當(dāng)信號地線與數(shù)據(jù)采集設(shè)備地線之間的電勢差較大時(shí)可能損壞測量系統(tǒng)，此時(shí)可以使用隔離消除接地循環(huán) ，確保信號的正確測量。 （ 4）激勵(lì) 有些傳感器在正常工作時(shí)需要激勵(lì)信號以激發(fā)相關(guān)電路產(chǎn)生物理現(xiàn)象，如應(yīng)力片和 RTD，此時(shí)需要在系統(tǒng)中加入激勵(lì)轉(zhuǎn)換器。 （ 1） A/D 轉(zhuǎn)換器是把 模擬輸入量轉(zhuǎn)換為輸出數(shù)字量的器件，也是 DAQ 硬件的核心。并行比較法 A/D 主要應(yīng)用于高速采樣，比如數(shù)字示波器、數(shù)字采樣器等應(yīng)用場合。 D/A 轉(zhuǎn)換器就是將數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換為模擬量輸出的器件。需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是， 對于大功率外部設(shè)備的驅(qū)動需設(shè)計(jì)專門的信號處理裝置。 基于 NI 可重新配置 I/O （ RIO） 技術(shù)。每個(gè) I/O 模塊具有內(nèi)置式連接、信號調(diào)理、轉(zhuǎn)換電路（如 ADC 或 DAC）以及可選的隔離屏障等功能。 NI 9234C 具有 102 dB 動態(tài)范圍，并能對加速度傳感器和麥克風(fēng)進(jìn)行軟件可選式集成電路壓電式（ IEPE）信號調(diào)理。 大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)，是建立在信號的定量分析上，這樣系統(tǒng)才能判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。由加速度傳感器采集的振動信號通過調(diào)整單元和采集卡，輸入到該軟件平臺。 代碼設(shè)計(jì)要求 代碼具有唯一性，合理性，可擴(kuò)充性，規(guī)范性等性質(zhì)。早檢驗(yàn)原則，即對輸入數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)盡量接近源數(shù)據(jù)發(fā)生點(diǎn)，使錯(cuò)誤能及時(shí)得到改正；少轉(zhuǎn)換原則，即輸入數(shù)據(jù)盡量使用其處理所需的形式記錄，以免數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤。 軟件 編寫 基于 Labview 的風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 軟件流程圖 軟件流程圖如圖 41 所示： 圖 41 軟件流程圖 控制器前面版的 設(shè)計(jì) 前面板是用戶登陸界面 ， 用于用戶向程序中輸入密碼口令 ， 前面板的設(shè)計(jì) ， 充分發(fā)揮了 LabVIEW 的特長 ,即建立了友好的人機(jī)操作界面 啟動 DAQ 設(shè)置 DAQ 的工作參數(shù) 設(shè)置 工作參數(shù) 外加值與設(shè)定值比較 超過設(shè)定參數(shù)？ 執(zhí)行條件結(jié)構(gòu)的真 執(zhí)行條件結(jié)構(gòu)的假 進(jìn)入虛擬儀器軟件 不變 減速 報(bào)警 顯示 結(jié)束 開始 N Y 基于 Labview 的風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 圖 42 登陸界面 圖 43 登陸界面的顯示 數(shù)據(jù)采集程序框圖的設(shè)計(jì) 顯示程序框圖的設(shè)計(jì)步驟如下： （ 1）首先要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè) DAQ 助手， 在流程圖設(shè)計(jì)窗口中打開【 函數(shù)】 模塊 ,執(zhí)行【 函數(shù)】 → 【 express】 → 【 DAQ 助手】， 調(diào)入 DAQ。 （ 3） 在函數(shù)選板的【編程】→【數(shù)值】子選板中選擇“乘”函數(shù)，放置到程序框圖編輯窗口的合適位置。當(dāng)外界采集進(jìn)來的溫度大于設(shè)定溫度時(shí)報(bào)警指示燈就會亮為紅色。 測試程序能正常運(yùn)行操作后，對程序進(jìn)行發(fā)布。 c) 共享庫 如果希望使用 LabVIEW 開發(fā)的函數(shù)能夠和使用其他編程語言的開發(fā)人員共享，則需要建立共享庫。在一個(gè)安裝程序中可以包含多個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序、共享庫或源代碼發(fā)布，并且能夠添加許可證、自述文件、版本和公司信息、快捷鍵、注冊表項(xiàng)和 NI 安裝程序等，這也是最常見的一種發(fā)布方式。文檔編寫 包括應(yīng)用軟件開發(fā)過程中產(chǎn)生的文檔、硬件采購和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中形成的文檔、系統(tǒng)實(shí)施記錄及程序資料和培訓(xùn)教程等。通過點(diǎn)擊主菜單的選項(xiàng)，可以查看經(jīng)過數(shù)據(jù)分析和模態(tài)分析后的結(jié)果，例如，時(shí)域圖，譜差，功能譜圖，倒譜圖，瀑布圖，軸心軌跡，平均頻譜分析等。條件結(jié)構(gòu)可從【結(jié)構(gòu)】子選板中創(chuàng)建，條件結(jié)構(gòu)包含選擇端口和選擇器標(biāo)簽，如圖 51 所示。一個(gè)典型的數(shù)據(jù)采集卡的功能有模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字 I/O、計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器等，這些功能分別由相應(yīng)的單元電路來實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集卡的定義 。各種類型信號采集的難易程度差別很大。并且希望所提供的樣本總數(shù)是整周期個(gè)數(shù) 的。 圖 52 數(shù)據(jù)采集卡 基于 Labview 的風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 設(shè)計(jì)總結(jié) 我做的這個(gè)題目是有關(guān)與 Labview理論與實(shí)踐相結(jié)合的設(shè)計(jì)。 通過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐。剛開 始學(xué)習(xí) Labview時(shí)，由于我對一些細(xì)節(jié)的不加重視，問題出現(xiàn)了。 這次設(shè)計(jì)讓我明白了人這一輩子不能僅僅局限于那一點(diǎn)點(diǎn)滿足感，要放眼 望去，通過去參與各種實(shí)踐，提升自己的動手能力，創(chuàng)造屬于自己的未來。他嚴(yán)肅的科學(xué) 態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，忘我的工作作風(fēng)都深深地感染了我。 總之，在老師和同學(xué)盡心盡力的幫助下，我的設(shè)計(jì)才能如期順利完成，再次 對你們表示誠摯的感謝！ 基于 Labview 的風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 參考文獻(xiàn) [1] 尹煉，劉文洲。北京 ：機(jī)械工業(yè)出版社， 第 2版 [3] 姚興佳。中國設(shè)備工程， : 4344 [5] 劉君華，基于 LabVIEW的虛擬儀器的設(shè)計(jì) [M]。精通 LabVIEW [M