基于ADXL202E的风力发电机振动监测系统

　　0　引言

　　风力发电机运行异常通常可从振动数据上体现出来,根据振动信号进行监测与诊断是目前风机设备维护管理的主要手段。目前国内大型风力发电机组振动监控设备基本上是整机进口,价格高昂;进口设备的通信接口采用ProfiBus,存在技术壁垒,而且与PC通信不便。这种状况使得研制一套性能可靠、通信方便的国产化风机振动监测系统成为迫切问题。设计的系统基于加速度传感器ADXL202E,具有振动数据实时检测、分析以及超限报警等功能,而且通讯方便。

　　1　振动监测系统方案设计

　　风力发电机故障诊断的基本方法是时域监测、频域诊断,核心思想是利用加速度传感器检测振动情况[1],由处理器对振动数据进行带通滤波,提取有效振动频带内的信号,通过分析有效频带内的峰值振动频率是否风机固有频率来判断风机运行是否正常。

　　振动监测系统由从机和主机2部分组成。从机即传感器模块,安装在风机的表面和内部,负责对振动数据进行采集、滤波和标定,并将数据上传主机。主机位于控制室内,包括分析报警模块和PC机,前者主要负责接收数据,合成X、Y轴振动并判断振动矢量的幅值是否超限,若超限则触发报警装置,同时将数据转发PC机; PC机配置从机和分析报警模块的参数,并用图表实时显示振动情况

　　2　硬件设计

　　2·1　传感器应用电路设计

　　传感器是从机的核心,它的特性和接口方式决定了从机的硬件和软件设计。选用高性能、低功耗双轴加速度传感器ADXL202E[2]。它可测量X轴和Y轴两个相互正交方向上、平行于芯片平面的加速度矢量,包括动态加速度(如振动)和静态加速度(如引力),测量范围为±2g.它有模拟和数字2种接口,每种接口都输出X轴和Y轴2路振动信号。

        ADXL202E为8脚LCC封装,典型应用电路如图1所示

　　ST为自测试引脚,应用时悬空;Xfilt和Yfilt为模拟信号输出引脚,通过电容接地; X_out和Y_out是数字信号输出引脚; T2引脚通过电阻RSET接地,用于设定数字信号周期。使用100Ω电阻或磁珠串联在ADXL202E的电源线上可提供更好的电源去耦效果。

　　Xfilt和Yfilt引脚的外接电容C(X,Y)与芯片内部集成的电阻构成低通滤波器,可确定输出模拟信号的带宽,同时滤除噪声,抑制零点漂移。

　　ADXL202E输出正比于加速度的模拟电压信号或占空比数字信号,其数字信号可直接与单片机接口。理想情况下加速度为0时输出信号占空比为50%,加速度为+1g时占空比为62·5%。数字信号波形如图2所示。其中,T2是数字信号的周期,为0·5~10 ms,由T2管脚上的外接电阻RSET调节。式(1)为T2的计算公式: