【正文】 風(fēng)電場遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā) [J]。 LabVIEW程序設(shè)計教程 [M]。太陽能， 2021, (1): 4748 [4] 王哲。北京：中國電力出版社， 2021. [2] 葉杭冶。他不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想上、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此向致以誠摯的謝意和崇高的敬意。在 以后的日子自己應(yīng)該更加努力認(rèn)真 ,以沉著冷靜的心態(tài)去辦好每一件事情 ! 基于 Labview 的風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 26 致謝 設(shè)計即將結(jié)束之際，向所有關(guān)心、指導(dǎo)和幫助過我的老師、同學(xué)和朋友致以誠摯的謝意。 設(shè)計過程中得到老師的意見和同學(xué)的提醒，再加上上網(wǎng)搜集到的資料，我也明白了不是每個問題都能自己解決的，只有通過自己努力以及別人的幫助才能把工作做得更好，古人說：三人行必有我?guī)煛⑺级粚W(xué)則殆。在對理論的運用中，提高了我的專業(yè)基礎(chǔ)。在對這個設(shè)計的材料搜索進行獨立搜索時，對于辦公軟件的應(yīng)用有了進一步的提高。我們 所有的僅僅是一個時間序列的離散的函數(shù) x(n) 和采樣頻率。 通常，信號采集后都要去做適當(dāng)?shù)男盘柼幚恚? FFT 等。在計算機廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。它一般由多路開關(guān)（ MUX）、放大器、采樣 /保持電路，以及 A/D 轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)，通過這些部分，一個模擬信號就可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。編程時，將外部控制條件連接至選擇端口上，程序運行時選擇端口會判斷送來的控制條件，引導(dǎo)選擇結(jié)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)框架中 的內(nèi)容。本設(shè)計的監(jiān)測系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖 49 所示。在應(yīng)用中，根據(jù)風(fēng)電場實際運行情況，如有新的功能增加，只需要在主菜單中添加此項內(nèi)容即可，相應(yīng)功能只需開發(fā)子模塊，通過主菜單中相應(yīng)的按鈕調(diào)用該功能。 最后還要進行對程序進行文檔編寫工作。 d) Zip 壓縮文件 如果需要發(fā)布儀器驅(qū)動程序、多個源文件或者一個完整的 LabVIEW 項目，則可以創(chuàng)建一個 Zip 文件，將包含文件組織結(jié)構(gòu)的所有項目源文件壓縮成 Zip 包的形 式。 b) 獨立應(yīng)用程序 如果希望沒有 LabVIEW 軟件的用戶也能使用 LabVIEW 編寫的程序， 則應(yīng)該創(chuàng)建應(yīng)用程序。當(dāng)一個程序正式交付使用前必須是己 經(jīng)被測試過。 報警程序框圖的設(shè)計 報警程序框圖的設(shè)計步驟如下： （ 1） 在函數(shù)選板的【編程】→【比較】子選板中選擇“大于 ？ ”函數(shù)，放置到程序框 圖編輯窗口的合適位置。在 生成信號中選擇【模擬輸出】 →【電壓】輸出，選擇通道 ao1， DAQ 創(chuàng)建完成。這種表達方式應(yīng)當(dāng)簡明、精確，并由此能直接導(dǎo)出用編程語言表示的程序。在本系統(tǒng)中，輸出的內(nèi)容以圖形方式顯示。 根據(jù)此分析，本設(shè)計的大型風(fēng)力發(fā)電機組旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)分為信號發(fā)生模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、時域分析模塊和頻域分析模塊、模態(tài)分析模塊五大模塊。振動信號的實時采集會使得數(shù)據(jù)量非常大，故障發(fā)生前后的數(shù)據(jù)都需要保存以便于進一步的分析，以便為設(shè)備管理、生產(chǎn)管理、技術(shù)管理等提供有力的依據(jù)和可靠的保證。 圖 32 NI 9234C 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 14 表 31 NI 9234C 數(shù)據(jù)采集卡參數(shù) 基于 Labview 的風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 15 四、 應(yīng)用 LabVIEW 設(shè)計 風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù) 監(jiān)測軟件平臺 應(yīng)用 LabVIEW 對測量系統(tǒng)的編寫程序，分為以下幾個階段：需求分析，系統(tǒng)設(shè)計，程序編碼，軟件測試，發(fā)布程序，文檔編寫。 在本論文設(shè)計的系統(tǒng)中，采 用 NI 公司的 NI 9234C 數(shù)據(jù)采集卡，如圖 32 所示。 RIO核心具有內(nèi)置式數(shù)據(jù)傳輸機制，可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)角度胧教幚砥?，用于實時分析、事后處理、數(shù)據(jù) 記錄或與聯(lián)網(wǎng)主機通信。定時 /計數(shù)器的兩個主要性能指標(biāo)是分辨率和時鐘頻率，分辨率越大，計數(shù)器位數(shù)越大，計數(shù)值也越高。 （ 3）數(shù)字 I/O 在 DAQ 應(yīng)用中經(jīng)常需要采集外部設(shè)備的工作狀態(tài)，建立與外部設(shè)備的通信，此時就需要用到 DAQ 設(shè)備的數(shù)字 I/O 功能。這二者都與 A/D轉(zhuǎn)換器的工 作原理有關(guān)。在 DAQ 產(chǎn)品中應(yīng)用較多的方法是逐次逼近法 A/D。一般的應(yīng)力片、熱電偶和熱敏電阻多采用這種信號調(diào)理方法。對于變化緩慢的信號（如溫度） ，可以用除噪濾波器除掉高頻成分，但這將導(dǎo)致信號失真。 （ 2）隔離 測量測試系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集設(shè)備與計算機相連，當(dāng)待測信號含有對人體或是計算機有害的高壓脈沖時，必須采用隔離途徑將信號源與測試儀器相連。信號調(diào)理就是指對測量信號進行放大、隔離、濾波、激勵、線性化等處理的過程，其功能如下文的介紹： （ 1）放大 基于 Labview 的風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 12 用于放大電信號以提高數(shù)字化信號的精度并減少噪聲的影響。 如圖 31 所示，由主軸轉(zhuǎn)動引起的機艙振動，頻率低，可以采用壓電加速度傳感器測量。在目前市場上，有著眾多不同品牌的各式型號的硬件，要從中選擇一款合適的硬件，并且兼顧成本，使研發(fā)的系統(tǒng)做到具有合理的性價比，首先就要了解這些硬件的工作原理和功能。其次，要求中還想通過波形圖表來觀察被測信號的變化趨勢，那么我就在程序設(shè)計時，創(chuàng)建了 一個顯示控件的局部變量，再通過這個局部變量與波形圖表相連，這樣通過前面板的波形變化就能知道被測值的變化。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常由傳感器、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集卡、計算機及外設(shè)等部分組成。 VI 服務(wù)器為 C/S 模式，一般在工作組中設(shè)立一個 VI 服務(wù)器，其他計算機可以訪問獲取信息。 以后的版本提供了安全選項，用于共享變量的管理。從菜單項“ File198。主要有：每次保存 VI 時添加注釋；關(guān)閉 VI 時提示輸入注釋；保存 VI 時提示 。 基于 Labview 的風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 9 （ 6）菜單快捷方式（ Menu Shortcuts） 該頁用于設(shè)置 VI 菜單項的鍵盤快捷方式，一般自定義都是 Ctrl+Shift+*的快捷鍵。 該選項頁可以設(shè)置的配置項主要有以下幾種： 格式 （ Format） ； 導(dǎo)航按鈕 （ Navigation Buttons） ；加載選板（ Palatte Loading） ；排序選板項（ Sort palette items） 。重要的配置內(nèi)容有：將控件標(biāo)題作為子 VI 的提示框；從程序流程圖中刪除或復(fù)制前面板接線端；在新 VI 中啟用自動錯誤處理和啟用自動錯誤處理對話框；啟用自動連線和自動連線路徑選擇；在循環(huán)中自動插入反饋節(jié)點；以可擴展節(jié)點形式放置子 VI；啟用放置結(jié)構(gòu)的自動擴 基于 Labview 的風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 8 展功能。通過控件的右鍵快捷菜單，可以分別設(shè)置控件屬性。操作人員可以從“ Tool198。 LabVIEW 的開發(fā)環(huán)境 程序開發(fā)環(huán)境是編程人員與程序代碼之間的橋梁， LabVIEW 的開 發(fā)環(huán)境提供了軟件環(huán)境的自定義功能，主要包括系統(tǒng)運行環(huán)境，編程窗口環(huán)境， VI 服務(wù)器和 Web 服務(wù)器四大部分。 （ 2）并行工作 LabVIEW 是一個多任務(wù)的軟件系統(tǒng)，當(dāng)創(chuàng)建具有同步工作的程序模塊時，就可交互的運行并行 VIs 程序。一個 VI 既可以作為上層獨立程序，也可以作為其他程序（或子程序）的子程序。 （ 2）程序流程圖（ Block Diagram） ：相當(dāng)于儀器的電路結(jié)構(gòu)，以數(shù)據(jù)流的方式實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的處理。 LabVIEW 所運用的圖標(biāo)與工程師們使用的大部分圖標(biāo)一致，這使得工程師們也能輕松地編程，而不需要專業(yè)的軟件人員。 LabVIEW 是一個完全的、開放式的虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用軟件，利用它組建儀器測試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以大大簡化程序的設(shè)計。 LabVIEW 的介紹及其特點 LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是美國國家儀器公司 NI 開發(fā)應(yīng)用于工業(yè)測試的集成開發(fā)環(huán)境，也是工業(yè)上廣泛使用的基于圖形化編程語言 G（ G Language）開發(fā)的一種編程軟件。計算機可以是流行的 PC 臺式機，筆記本電腦或是工作站等。 20 世紀(jì) 70 年代， 計算機開始處理傳統(tǒng)儀器測試數(shù)據(jù)， GPIB 技術(shù)開始發(fā)展， 促進了 標(biāo)準(zhǔn)的誕生。此外，國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布的《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》提出，到 2021 年我國可再生能源中 的風(fēng)電總裝機容量達到 1000 萬 kW。上世紀(jì) 80 年代初開始，原國家科委和國家計委將新能源利用列入國家科技攻關(guān)計劃，其中包括風(fēng)力發(fā)電科技攻關(guān)項目。與 2021 年相比，德國、美國和西班牙保持了前 3 位，中國則從第 6 名升至第 5 名。 歐洲的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用起步早，丹麥和德國已是當(dāng)今世界風(fēng)力發(fā)電機設(shè)備的主要供應(yīng)國。 1891 年丹麥人建造了世界首個風(fēng)電場，早期的風(fēng)電渦輪機是通 過改裝推進器來進行直接發(fā)電。奧巴馬（ Barack Obama）在上任之前就鄭重宣布美國政府要在 10 年內(nèi)投資 1500 億美元用來投資可再生能源的研究 ，以減少傳統(tǒng)能源所產(chǎn)生的溫室氣體排放。 2021 年由美國引發(fā)的全球的金融危機，造成了全球經(jīng)濟的全面下滑，世界上大部分國家，特別是西方工業(yè)大國的生產(chǎn)和消費能力降低。風(fēng)能本質(zhì)上是太陽能的轉(zhuǎn)化形式，因此可以說風(fēng)能是一種取之不盡的可再生能源。對風(fēng)電機組的相關(guān)數(shù)據(jù)進行實時顯示，采用多種顯示方法，例如波形圖，表格等方式 ； 4）數(shù)據(jù)存儲功能，將顯示的數(shù)據(jù)進行存儲，并可以調(diào)用存儲的數(shù)據(jù)進行顯示；最好將采集的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，該系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫功能。普通用戶可以通過輸入用戶名和密碼登錄系統(tǒng)。 采 用美國國家儀器公司 NI（ National Instruments Corporation）虛擬儀器技術(shù)和 作為軟件平臺，嘗試開發(fā)大型風(fēng)力發(fā)電 機組旋轉(zhuǎn)機械 數(shù)據(jù) 監(jiān)測系統(tǒng)，并根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組和風(fēng)電場遠(yuǎn)程監(jiān)控的特征，對監(jiān)測系統(tǒng)的通信方式進行分析比較后，選擇通信方案。因此，對于風(fēng)力發(fā)電場要求有可靠的遠(yuǎn)程監(jiān)測和無人值守運行控制系統(tǒng)。 5 4 3 2 評閱教師評審成績 （加權(quán)分合計乘以 8） 分 加權(quán)分合計 評 閱 教 師 簽 名： 年 月 日 課 程 設(shè) 計 總 評 成 績 分 基于 Labview 的風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 V 目 錄 課程設(shè)計任務(wù)書 ............................................................................................................II 課程設(shè)計成績評定表 .................................................................................................. IV 摘 要 ............................................................................................................................ 1 設(shè)計任務(wù)描述 .............................................................................................