一種實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測和故障預(yù)警的系統(tǒng)方案

PROFINET是一個(gè)開放式的工業(yè)以太網(wǎng)通訊，具有兼容性強(qiáng)，速度快，實(shí)時(shí)性高的特點(diǎn)，在風(fēng)力發(fā)電過程工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中一個(gè)重要的機(jī)械部件，齒輪箱內(nèi)的溫度可以反映齒輪箱的工作狀態(tài)。本文介紹一種采用無線方式采集齒輪箱內(nèi)部的溫度，并將溫度記錄裝置集成到Profinet網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測和故障預(yù)警的系統(tǒng)方案，確保始終掌握齒輪箱的最新狀態(tài)，并在發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞之前采取措施，還可通過數(shù)據(jù)分析，提出維護(hù)建議，延長齒輪箱的使用壽命。

Profinet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述

PROFINET是一個(gè)開放式的工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)定，是由PROFIBUS & PROFINET國際協(xié)會所提出。PROFINET應(yīng)用TCP/IP及信息技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，是實(shí)時(shí)的工業(yè)以太網(wǎng)。PROFINET具有兼容性強(qiáng)，速度快，實(shí)時(shí)性高的特點(diǎn)，其通訊速率高達(dá)100Mb/s，一般數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偩€循環(huán)時(shí)間約在數(shù)百微秒以內(nèi)。Profinet在過程工業(yè)中的多種應(yīng)用發(fā)揮著重要的作用，包括：風(fēng)力發(fā)電，鍋爐控制，石油開采，消防與氣體系統(tǒng)等。PROFINET技術(shù)為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域提供一種全新的通信解決方案，即整個(gè)工廠全部使用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接在一起。

齒輪箱的功能概述

齒輪箱是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中應(yīng)用很廣泛的一個(gè)重要的機(jī)械部件。其主要功用是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。齒輪噴油不足、油溫過高、軸承損壞、摩擦或者盤根過緊等都會導(dǎo)致齒輪箱內(nèi)部溫度過高，實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測齒輪箱內(nèi)的溫度，可以幫助及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，排除故障，避免齒輪箱進(jìn)一步損壞。齒輪箱內(nèi)部既有自轉(zhuǎn)又有公轉(zhuǎn)，溫度數(shù)據(jù)無線傳輸方式無疑是最佳的選擇。

MSR無線溫度記錄儀功能概述

MSR無線溫度記錄儀，通過868MHz/915MHz頻段無線方式與MSR無線溫度發(fā)射器進(jìn)行通信，采集發(fā)射器探頭的溫度，并保存起來。MSR無線溫度記錄儀可以同時(shí)跟10個(gè)發(fā)射器進(jìn)行通信，精確采集和存儲多個(gè)點(diǎn)的溫度，存儲容量高達(dá)1百萬個(gè)測量值，支持長時(shí)間的溫度記錄。MSR無線溫度記錄儀具有擴(kuò)展的Modbus RTU接口，支持將MSR無線溫度記錄儀由網(wǎng)關(guān)接入Profinet網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線溫度監(jiān)測。

其中，配套的無線溫度發(fā)射器的防護(hù)等級高達(dá)IP67防水防塵防油設(shè)計(jì)，最高耐溫125℃，適合齒輪箱內(nèi)部非常復(fù)雜苛刻的工作環(huán)境，其體積小巧（35 x 25 x 55 mm）重量輕（40g），可以固定在難以接近的齒輪箱內(nèi)的縫隙中。

系統(tǒng)架構(gòu)

基于Profinet網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱溫度采集系統(tǒng)的工作流程：內(nèi)置在齒輪箱中的無線溫度發(fā)射器感受溫度變化并定期將溫度信號發(fā)送到MSR無線溫度記錄儀中，MSR無線溫度記錄儀通過Modbus RTU接口連接網(wǎng)關(guān)設(shè)備，外設(shè)Profinet主站使用Modbus通信協(xié)議，通過訪問寄存器地址有線&遠(yuǎn)程獲得MSR無線溫度記錄儀的溫度值，然后在上位機(jī)中顯示溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)需要，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時(shí)，還可設(shè)定報(bào)警。

本系統(tǒng)的架構(gòu)如下圖1所示，包括：

① 齒輪箱內(nèi)置MSR無線溫度發(fā)射器：通過溫度探頭精確感應(yīng)齒輪箱內(nèi)關(guān)鍵部位的溫度變化，通過868MHz/915MHz無線頻段定期將溫度數(shù)據(jù)發(fā)射出去。

② MSR無線溫度記錄儀：安置在齒輪箱外，無線接收、采集和記錄發(fā)射器的溫度數(shù)據(jù)，通過Modbus RTU接口與通信模塊進(jìn)行通信。

③ Profinet轉(zhuǎn)RS485網(wǎng)關(guān)設(shè)備：與MSR無線溫度記錄儀的Modbus RTU接口連接，采用了網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)化協(xié)議，將底層的采集的Modbus數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成Profinet數(shù)據(jù)，接入到Profinet網(wǎng)絡(luò)，作為從站。

④ Profinet主站：控制器，比如PLC，作為主站。

⑤ HMI，SCADA：顯示溫度或者其他參數(shù)數(shù)據(jù)*。

齒輪箱溫度采集系統(tǒng)架構(gòu)

*可搭配油壓壓力傳感器和超聲傳感器等擴(kuò)展為更完善的齒輪箱檢測維護(hù)系統(tǒng)。

小結(jié)

Profinet作為新一代工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)，傳輸速度快的特點(diǎn)，解決了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸和傳輸穩(wěn)定的問題?；赑rofinet網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱溫度采集系統(tǒng)將齒輪箱內(nèi)部重要的溫度數(shù)據(jù)集成到上位機(jī)以及可視化，方便及時(shí)了解齒輪箱的工作狀態(tài)，提前發(fā)出預(yù)警，節(jié)省人力成本，避免故障進(jìn)一步惡化導(dǎo)致的重大損失。通過后期的數(shù)據(jù)分析，可定向提供維護(hù)建議，延長齒輪箱的使用壽命。此外，系統(tǒng)還具有如下優(yōu)點(diǎn)：

模塊化設(shè)計(jì)：齒輪箱、溫度采集和記錄裝置、網(wǎng)關(guān)設(shè)備（從站）、主站和上位機(jī)軟件各自獨(dú)立，可根據(jù)實(shí)際的情況替換。

布線簡單：系統(tǒng)前端采用無線傳輸方式布線簡單。新一代工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)Profinet直接通過網(wǎng)線連接設(shè)備，簡化布線流程，降低布線和人力成本。

自動(dòng)化程度高，維護(hù)成本低：系統(tǒng)自動(dòng)讀取溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)需要設(shè)置故障預(yù)判條件，提示報(bào)警。內(nèi)置在齒輪箱內(nèi)部無線溫度發(fā)射器采用電池供電，長達(dá)10年的電池續(xù)航能力，減少維護(hù)時(shí)間、成本和停機(jī)時(shí)間。

兼容性強(qiáng)：將齒輪箱的溫度數(shù)據(jù)集成到Profinet網(wǎng)絡(luò)，增加了系統(tǒng)向上的兼容能力，便于數(shù)據(jù)管理和分析，利于精準(zhǔn)技術(shù)維護(hù)。