一种基于柔性天线的针对风电变桨系统的物联网系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于柔性天线的针对风电变桨系统的物联网系统，包含设备变桨控制器、轮毂侧无线通讯模块、轮毂侧柔性天线、机舱侧无线通讯模块、机舱侧外置天线、地面交换机、风场数据库、客户端上位机，所述变桨控制器设计有冗余网络接口，所述轮毂侧无线通讯模块与变桨控制器、轮毂侧柔性天线相连，所述机舱侧无线通讯模块与机舱侧外置天线相连，机舱侧设备与轮毂侧设备通过无线网络传输数据，风场所有机组的变桨运行全数据存储于风场数据库，并通过互联网与客户端上位机相连，实现整场机组变桨系统的全信息采集与网络化共享。

A kind of IOT system based on flexible antenna for wind power paddle system

The invention discloses a networking system of flexible antenna for wind turbine pitch control system based on variable pitch controller, including equipment, wireless communication module, the hub side wheel side flexible antenna, wireless communication module, the cabin cabin side side switch, an external antenna, ground wind field database, the client computer, the pitch controller design of redundant network interface, the hub side of the wireless communication module and the pitch controller hub side flexible antenna connected to the engine side of the wireless communication module and an external antenna connected to the cabin cabin side, side wheel side equipment and equipment for transmitting data through the wireless network, all units of the variable pitch wind field operation data the wind field is stored in the database, and connected through the Internet and the client PC, the collection of information and network to realize the whole set of pitch system sharing.

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性天线的针对风电变桨系统的物联网系统
本专利技术属于风力发电
，具体涉及一种基于柔性天线的针对风电变桨系统的物联网系统的组建方案。
技术介绍
随着德国推进工业化4.0进程,美国主导工业互联网，我国提出了互联网的信息与物理充分融合，发挥云技术与大数据分析等新技术不断提升制造与生产过程的智能化与效率。对于风电领域，机组因其单机机组容量的限制，使得风电机组数量较多，而且同一机型机组因所处环境差异、风资源差异等不同，整个风电场机组及其关键子系统的电控系统智能化、网络化互联势必成为未来的趋势。其中变桨系统不仅是风机功率控制部件，也是实现风机空气动力刹车安全关键部件，直接关系到整机安全。因此变桨系统的数据采集以及与其它部件数据融合、分析的实现，可为进一步的智能诊断和运行状态预估等各个方面起到基础支撑作用，提升风电生产效率迈向更高水平。
技术实现思路
为实现整个风电场机组及其关键子系统的电控系统智能化、网络化互联，完成变桨系统与机组其它部件数据的融合、分析，通过物联网大数据的技术来解决用户运维等实际问题，变桨控制器除需向主控发送必要数据点供主控分析控制外，还需完成变桨系统运行全数据的采集、上传及子系统物联网的组建，实现网络化远程监控。为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于柔性天线的针对风电变桨系统的物联网系统，包含变桨控制器6、轮毂侧无线通讯模块3、轮毂侧柔性天线7、机舱侧无线通讯模块8、机舱侧外置天线2、地面交换机11、风场数据库10、客户端上位机12，其特征在于：所述变桨控制器6安装于风机轮毂4内，获取本机组变桨系统运行全数据；所述变桨控制器6除与本机组变桨系统伺服驱动器、风机主控制器连接完成常规变桨系统的控制功能外，还设计了冗余网络接口，所述冗余网络接口通过网线连接至轮毂侧无线通讯模块3；轮毂侧无线通讯模块3安装在风机轮毂4内，通过馈线连接轮毂侧柔性天线7；所述机舱侧无线通讯模块8安装于机舱1机柜内，通过馈线连接机舱侧外置天线2；所述轮毂侧无线通讯模块3与机舱侧无线通讯模块8通过各自对应的天线实现无线传输，将变桨控制器6所获取的本机组变桨系统运行全数据传输至机舱侧无线通讯模块8；所述机舱侧无线通讯模块8通过光纤与地面交换机11相连；所述风场数据库10、客户端上位机12分别与地面交换机11相连；所述机舱侧无线通讯模块8将本机组变桨系统运行全数据上传至风电场数据库10，所述风场数据库10负责风场所有机组各子系统数据存储、融合；所述客户端上位机12通过连接互联网，读取风场数据库10中各风电场数据。本专利技术进一步包括以下优选方案：每台风机轮毂4内的A轴轴箱、B轴轴箱、C轴轴箱分别设置一台变桨控制器。每一台变桨控制器6通过温度传感器采集对应伺服电机温度、风机轮毂温度、超级电容温度、变桨轴箱温度数据，通过编码器采集叶片转向、转速、位置角度数据，通过总线通讯采集伺服执电机运行数据，通过GPIO通道采集包括伺服驱动器、电机风扇、滑油泵、散热板风扇、加热风扇、油位开关等设备运行状态数据，以上所有数据构成本机组变桨系统运行全数据。所述变桨控制器6搭建Web服务器，设计变桨系统HTML监控页面提供变桨系统运行数据的监视和控制、报警功能，并通过用户权限分级建立服务器保护机制，管理员用户登录后可连接至风场任意变桨控制器的Web服务器，查看变桨系统实时数据监控页面，实现网络化远程监控；非管理员用户只能进行限定页面的数据浏览，且不能下发控制指令。所述轮毂侧柔性天线7安装于轮毂近机舱侧壳体外整流罩内，环轮毂壳外沿呈圆环形绕一圈。所述机舱侧无线通讯模块8嵌有防火墙固件，将变桨系统内部网和公共互联网隔离。所述机舱侧外置天线2安装于机舱内，在轮毂侧柔性天线环形平面的投影与轮毂侧柔性天线环形平面正相交。本专利技术的有益效果是，通过变桨控制器上Web服务器搭建及联网、基于柔性天线的无线数据传输及风场数据库对变桨系统运行全数据的存储，实现风场所有机组变桨系统的数据采集及网络互联，最终完成风场变桨系统物联网的组建，为进一步的风场智能诊断和运行状态预估等智能控制技术起到基础支撑作用，解决用户关心的运维、设备管理等问题。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是针对风电变桨系统的物联网通信系统结构示意图。图2是轮毂侧柔性天线位置及机舱侧外置天线安装位置示意图。图3是针对风电变桨系统的物联网系统示意图。附图标记包括1-机舱，2-机舱侧外置天线，3-轮毂侧无线通讯模块，4-轮毂，5-整流罩，6-变桨控制器，7-轮毂侧柔性天线，8-机舱侧无线通讯模块，9-机柜，10-风场数据库，11-地面交换机，12-客户端上位机，13-轮毂壳体近机舱侧外沿。具体实施方式下面结合附图，对实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。在图1中，针对风电变桨系统物联网通信方案设计如图，包含设备变桨控制器6、轮毂侧无线通讯模块3、轮毂侧柔性天线7、机舱侧无线通讯模块8、机舱侧外置天线2、地面交换机11、风场数据库10、客户端上位机12，所述变桨控制器6，所述轮毂侧无线通讯模块3与变桨控制器6、轮毂侧柔性天线7相连，所述机舱侧无线通讯模块8与机舱侧外置天线2相连，机舱侧设备与轮毂侧设备通过无线网络传输数据，风场所有机组的变桨运行全数据存储于风场数据库10，并通过互联网与客户端上位机12相连，实现整场机组变桨系统的全信息采集与网络化共享。变桨控制器6除与伺服驱动器、风机主控制器连接完成常规变桨系统的控制功能外，还设计了冗余网络接口，通过网线连接至轮毂侧无线通讯模块，以实现独立通讯通道的变桨系统运行全数据的无线传输。变桨控制器搭建了Web服务器，设计变桨系统HTML监控页面提供系统运行数据的监视和控制、报警等功能，并通过限制用户权限建立保护服务器机制。轮毂侧无线通讯模块3安装于轮毂4内，通过馈线连接轮毂侧柔性天线7，完成与机舱侧无线通讯模块8的数据无线传输；轮毂侧柔性天线安装于轮毂4近机舱侧壳体外整流罩5内，环轮毂壳外沿呈圆环形绕一圈，避免了与机舱侧外置天线之间被遮挡物完全遮挡的可能，从而保证通讯的持续性及稳定性。机舱侧无线通讯模块8安装于机舱1机柜9内，通过馈线连接机舱侧外置天线2，完成与轮毂侧无线通讯模块的无线数据传输；机舱侧无线通讯模块连接至互联网，并将本机组变桨系统运行全数据上传至风场数据库；机舱侧无线通讯模块嵌有防火墙固件，将变桨系统内部网和公共互联网隔离，保障变桨控制系统安全；机舱侧外置天线2安装于机舱内，在轮毂侧柔性天线环形平面的投影与环形圆正相交，保证最稳定通信状态；地面交换机11与机舱侧无线通讯模块通过光纤连接，汇集风场多机组的运行全数据，将本机组变桨系统运行全数据上传至风场数据库10，并连接到互联网；风场数据库负责风场所有机组各子系统数据存储，为数据融合、分析提供基础；客户端上位机12通过连接互联网，可读取风场数据库数据，高级权限用户可登录至风场任意变桨控制器的Web服务器，查看变桨系统HTML监控页面，实现远程监控。图2为本专利技术轮毂侧柔性天线位置及机舱侧外置天线架置位置示意图，针对风机运行时对旋转性的要求，传统解决方案是采用滑环通信，但通信时产生的摩擦力矩滑导致环属于易损件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于柔性天线的针对风电变桨系统的物联网系统，包含变桨控制器(6)、轮毂侧无线通讯模块(3)、轮毂侧柔性天线(7)、机舱侧无线通讯模块(8)、机舱侧外置天线(2)、地面交换机(11)、风场数据库(10)、客户端上位机(12)，其特征在于：所述变桨控制器(6)安装于风机轮毂(4)内，获取本机组变桨系统运行全数据；所述变桨控制器(6)除与本机组变桨系统伺服驱动器、风机主控制器连接完成常规变桨系统的控制功能外，还设计了冗余网络接口，所述冗余网络接口通过网线连接至轮毂侧无线通讯模块(3)；轮毂侧无线通讯模块(3)安装在风机轮毂(4)内，通过馈线连接轮毂侧柔性天线(7)；所述机舱侧无线通讯模块(8)安装于机舱(1)机柜内，通过馈线连接机舱侧外置天线(2)；所述轮毂侧无线通讯模块(3)与机舱侧无线通讯模块(8)通过各自对应的天线实现无线传输，将变桨控制器(6)所获取的本机组变桨系统运行全数据传输至机舱侧无线通讯模块(8)；所述机舱侧无线通讯模块(8)通过光纤与地面交换机(11)相连；所述风场数据库(10)、客户端上位机(12)分别与地面交换机(11)相连；所述机舱侧无线通讯模块(8)将本机组变桨系统运行全数据上传至风电场数据库(10)，所述风场数据库(10)负责风场所有机组各子系统数据存储、融合。所述客户端上位机(12)通过连接互联网，读取风场数据库(10)中各风电场数据。...

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性天线的针对风电变桨系统的物联网系统，包含变桨控制器(6)、轮毂侧无线通讯模块(3)、轮毂侧柔性天线(7)、机舱侧无线通讯模块(8)、机舱侧外置天线(2)、地面交换机(11)、风场数据库(10)、客户端上位机(12)，其特征在于：所述变桨控制器(6)安装于风机轮毂(4)内，获取本机组变桨系统运行全数据；所述变桨控制器(6)除与本机组变桨系统伺服驱动器、风机主控制器连接完成常规变桨系统的控制功能外，还设计了冗余网络接口，所述冗余网络接口通过网线连接至轮毂侧无线通讯模块(3)；轮毂侧无线通讯模块(3)安装在风机轮毂(4)内，通过馈线连接轮毂侧柔性天线(7)；所述机舱侧无线通讯模块(8)安装于机舱(1)机柜内，通过馈线连接机舱侧外置天线(2)；所述轮毂侧无线通讯模块(3)与机舱侧无线通讯模块(8)通过各自对应的天线实现无线传输，将变桨控制器(6)所获取的本机组变桨系统运行全数据传输至机舱侧无线通讯模块(8)；所述机舱侧无线通讯模块(8)通过光纤与地面交换机(11)相连；所述风场数据库(10)、客户端上位机(12)分别与地面交换机(11)相连；所述机舱侧无线通讯模块(8)将本机组变桨系统运行全数据上传至风电场数据库(10)，所述风场数据库(10)负责风场所有机组各子系统数据存储、融合。所述客户端上位机(12)通过连接互联网，读取风场数据库(10)中各风电场数据。2.根据权利要求1所述的基于柔性天线的针对风电变桨系统的物联网系统，其特征在于：每台风机轮毂(4)内的A轴轴箱、B轴轴箱、C轴轴箱分别设置一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈熙，仇晓伟，马红星，丁宛超，张俊，
申请(专利权)人：固安华电天仁控制设备有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13