CN112746935A - 一种风电机组故障智能监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组故障智能监测系统，涉及风电机组安全技术领域，包括管道、机器人、服务器和牵引拉回装置，管道为透明管道，其根据机组机舱内部结构进行设计与布置，管道设有多个站点定位片，机器人内置站点采集卡，机器人的前端视觉传感器、声音传感器、温湿度传感器或可燃气体传感器中的一种或多种传感器，机器人与服务器通讯连接，牵引拉回装置设置于所述管道的端口处，牵引回拉装置通过钢丝绳与机器人的尾端连接。具有巡检高度不受限、不受巡检路径障碍物阻碍、定位准确、监测范围广、安全可靠、监测数据采集与分析完整的优点。

Description

一种风电机组故障智能监测系统

技术领域

本发明涉及风电机组安全技术领域，具体涉及一种风电机组故障智能监测系统。

背景技术

风电机组故障监测常用到机器人，多数以履带车形式搭载所需传感器进行监测，由于风电机组所在的空间环境相当复杂，履带机器人进行故障监测时存在诸多问题，具体如下。

1、巡检高度问题：受风电机组机舱环境的特殊性的影响，一般巡检部件上下垂直高度在1.6m左右，风电机组中可用的履带机器人在实际应用时会有一大部分监测不到。

2、实际巡检路径障碍问题：绝大多数风电机组机舱环境较为紧凑，空间十分有限，其中很多部位设有吊装或者安装部件，巡检路径存在诸多障碍，履带机器人不能翻越，导致巡检路径设计困难，甚至不能完成全面的巡检。

3、通讯问题：目前的风电机组机舱中空余点位较少，大多数履带机器人采用独立通讯、独立传输，由于点位少且独立通讯，反馈的信息不能真实反应反馈风电机组的当前状况。

4、监测范围问题：因风电机组中机舱的特殊的结构，有很多地方会被遮挡，造成监测不全面；受机组设备的高度影响，目前的履带机器人不能实现俯视监测，不能拍摄俯视环绕视觉效果的图片或动画。

5、安全性：风电机组本身受风作用力的影响与自身传动系统震动，加上平台有高有低，履带机器人极容易出现翻车、卡死或坠落等情况，会对风电机组造成很大的影响。

6、监测数据采集与分析的不完整和缺失：巡检系统需要24小时对风电机组进行监测，以便对风电机组各种不安全的因素或有问题的部件起到日常预警、分析、采集、存储与比对等功能，其应该与风电机组种数据进行联动协调工作，现有的履带机器人或巡检系统不能实现该目标。

发明内容

为此，本发明提供一种风电机组故障智能监测系统，以解决上述的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种风电机组故障智能监测系统，其包括：

根据机组机舱内部结构进行设计与布置的透明管道，所述管道设有多个沿长度方向间隔分布的站点定位片；

可沿所述管道行进的机器人，所述机器人内置站点采集卡，所述机器人的前端设有可调俯仰角且可垂直于俯仰角调节轴旋转360°的云台，所述云台设有视觉传感器、声音传感器、温湿度传感器或可燃气体传感器中的一种或多种传感器，所述机器人与服务器通讯连接以传输站点采集卡采集的站点信息以及传感器采集的监测数据。

进一步地，所述管道设有多条，多条所述管道覆盖风电机组的各个监测点，每条所述管道内设有一个所述机器人。

进一步地，所述机器人包括前躯体、后躯体、驱动轮和驱动电机，所述前躯体与所述后躯体轴接，所述驱动轮设有六个，六个所述驱动轮分别设置于前躯体前端左右两侧、后躯体后端左右两侧以及躯体轴接处左右两侧，所述驱动电机设有三个，三个驱动电机分别设置于前躯体前部、后躯体后部以及躯体轴接处，三个驱动电机分别与相邻的某一驱动轮传动连接。

进一步地，所述前躯体和后躯体采用3D打印技术打印成型。

进一步地，所述机器人还包括变形电机，所述变形电机设置于躯体轴接处，所述变形电机的电机轴与位于躯体轴接处的驱动电机连接，所述变形电机与前躯体或后躯体固接，位于躯体轴接处的驱动电机与前躯体或后躯体固接，且位于躯体轴接处的驱动电机与变形电机固接于不同的躯体。

进一步地，所述机器人还包括设置于前躯体中部的俯仰电机和转角电机，所述云台包括肩颈部和头部，所述肩颈部轴接于所述前躯体的前端，且所述肩颈部可沿左右方向的横轴转动，所述肩颈部与所述俯仰电机传动连接，所述头部设置于所述肩颈部的前端，且所述头部可沿垂直于横轴的竖轴转动，所述头部与所述转角电机传动连接。

进一步地，所述风电机组故障智能监测系统还包括电缆，所述电缆包括电源线、控制线和数据线，所述电源线与站点采集卡、各电机及各传感器连接，所述控制线与各电机及各传感器连接，所述数据线与站点采集卡及各传感器连接。

进一步地，所述风电机组故障智能监测系统还包括牵引拉回装置及钢丝绳，所述牵引拉回装置设置于所述管道的端口处，所述钢丝绳的一端连接于所述牵引拉回装置，所述钢丝绳的另一端连接于所述机器人的尾端，所述牵引拉回装置可收放所述钢丝绳。

进一步地，所述服务器具有依数据创建健康模型、新数据与健康模型对比分析、自动识别异常、超运行条件报警功能。

本发明具有如下优点：

用管道作为机器人的载体，机器人可在管道内行进，对管道边上的设备进行监测，由于管道依机组机舱内部结构进行设计与布置，可布置在不同高度，解决了巡检高度的问题；同时机器人在管道内行走，只需将管道依机组机舱内部结构进行设计与布置，在铺设管道时绕开障碍物，就能避开巡检路径上的障碍；依机组机舱内部结构进行设计与布置的管道，可围绕设备的前后左右上下各个方向铺设，能覆盖各个监测点，解决了监测范围的问题；机器人在管道内行进，不会出现翻车、卡死或坠落等情况，安全性提高；在管道上设置站点定位片，通过机器人的站点采集卡识别站点，定位准确，能真实反应反馈风电机组的当前状况；机器人将检测数据发送给服务器，通过服务器分析数据，避免数据采集与分析的不完整和缺失问题，还能准确识别异常，并在超运行条件时报警。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。

图1为本发明具体实施方式提供的一种风电机组故障智能监测系统的示意图；

图2为本发明具体实施方式提供的风电机组故障智能监测系统的机器人的主视图；

图3为本发明具体实施方式提供的风电机组故障智能监测系统的机器人的俯视图；

图4为本发明具体实施方式提供的风电机组故障智能监测系统的机器人的立体图；

图5为图2中沿A-A线的剖视图；

图6为图2中沿B-B线的剖视图；

图7为图2中沿C-C线的剖视图；

图8为图2中沿D-D线的剖视图；

图9为图3中沿E-E线的剖视图；

图10为图3中沿F-F线的剖视图；

图11为图3中沿G-G线的剖视图。

图中：1-管道，2-机器人，3-牵引拉回装置，4-钢丝绳，5-服务器，6-电缆，21-前躯体，22-后躯体，23-驱动轮，24-驱动电机，25-变形电机，26-俯仰电机，27-转角电机，28-云台，281-肩颈部，282-头部，283-传感器。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，一种风电机组故障智能监测系统，其包括若干管道1、若干机器人2、若干牵引拉回装置3、若干钢丝绳4、服务器5和若干电缆6。每条管道1内设有一个机器人2，每个机器人2的尾端连接一根钢丝绳4和电缆6，钢丝绳4与位于管道1端口处的牵引拉回装置3连接，电缆6与远程监控站的服务器5连接。服务器5可以是固定式电脑，也可以是手持式电子设备。

服务器5具有依数据创建健康模型、新数据与健康模型对比分析、自动识别异常、超运行条件报警功能。服务器5内装有软件，具有自学习功能，其主要是在机器人2第一次巡检过程种记录、采集、分析各项传感器283反馈的数据，从第二次巡检开始采集的数据与第一次的数据进行对比与分析，以此类推，会在一定周期内采集机组健康模型数据，当风电机组出现问题后，会根据自学的健康模型做出准确的分析与报警提示；具体的，利用建立的风电机组机舱图像、音频、嗅觉等数据库，通过机器学习、深度学习等技术，实现设备异常状态的自动识别，实现风电机组现场自动巡视，对出现漏油、异音、超温等超出运行条件的情况能够及时报警。软件是根据需实现的功能进行开发的，虽然进行了新的设计或代码编写，但其是基于现有计算机技术的，此处不再赘述。在一个可选的实施方案中，该软件还能够集成于机器人2内的微型计算机内。

管道1材质采用聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)与PVC管道1结合,其具有透明性、稳定性和热塑性等特点，其高透明度实现了高清摄像机在管道1内壁可以清晰的观测设备的各个监测点，热塑性可以实现管道1的路径更改要求，成功避开机舱内部器件障碍，完成对各个监测点的检测任务。另外有机玻璃密度比较小，从而减轻了管道1的重量。管道1根据机组机舱内部结构进行设计与布置，多条管道1经过机舱内包含主轴螺栓、齿轮箱、发电机、机舱柜等部件的周围，或高、或低、或前后左右环绕，以便给机器人2提供足以覆盖各个监测点的巡检路径。管道1设有多个沿长度方向间隔分布的站点定位片，以便提供准确的定位。

机器人2设在管道1内且可沿管道1行进。机器人2内置站点采集卡，通过站点采集卡采集磁钢信号信息来实现定位功能；同时机器人2由电机驱动，电机上安装有对电机转动圈数进行计数的电机编码器，起到双重定位功能。

如图2-11所示，机器人2的前端设有可调俯仰角且可垂直于俯仰角调节轴旋转360°的云台28，云台28设有视觉传感器、声音传感器、温湿度传感器或可燃气体传感器中的一种或多种传感器283，机器人2与服务器5通讯连接以传输站点采集卡采集的站点信息以及传感器283采集的监测数据。

机器人2包括前躯体21、后躯体22、驱动轮23和驱动电机24。前躯体21和后躯体22采用3D打印技术打印成型，以便降低质量，便于驱动和牵引。前躯体21与后躯体22轴接。驱动轮23设有六个，六个驱动轮23分别设置于前躯体21前端左右两侧、后躯体22后端左右两侧以及躯体轴接处左右两侧，驱动电机24设有三个，三个驱动电机24分别设置于前躯体21前部、后躯体22后部以及躯体轴接处，三个驱动电机24分别与相邻的某一驱动轮23传动连接。机器人2还包括变形电机25，变形电机25设置于躯体轴接处，变形电机25的电机轴与位于躯体轴接处的驱动电机24连接，变形电机25与前躯体21或后躯体22固接，位于躯体轴接处的驱动电机24与前躯体21或后躯体22固接，且位于躯体轴接处的驱动电机24与变形电机25固接于不同的躯体。当机器人2在管道1内被拉回时，驱动电机24全部放弃控制，使驱动轮23自由旋转，方便拉回；当机器人2前进工作时，变形电机25的电机轴转动一定角度，使机器人2呈现v形或倒V形，从而使驱动轮23贴合于管道1内壁，利于行走。为了使机器人2在管道1内更稳定，一般采用倒V形，中间的两个驱动轮23与管道1内壁的上侧相抵，其余四个驱动轮23与管道1内壁的下侧相抵，同时中间的驱动电机24与前后两个驱动电机24呈反方向旋转，以便使机器人2能正常行走。机器人2采用直流无刷伺服电机作为驱动电机24，其能精准的控制机器人2的转速与转矩，对于机器人2在管道1内壁运动起到稳定和可控的目的。

机器人2还包括设置于前躯体21中部的俯仰电机26和转角电机27，云台28包括肩颈部281和头部282，肩颈部281轴接于前躯体21的前端，且肩颈部281可沿左右方向的横轴转动，肩颈部281与俯仰电机26传动连接，头部282设置于肩颈部281的前端，且头部282可沿垂直于横轴的竖轴转动，头部282与转角电机27传动连接。如此可控制云台28的俯仰及转动，在管道1内，可对管道1周围的多个监测点采集数据，配合多条管道1的铺设，实现对某一监测点的多角度数据采集、监测。在一个可选的实施方案中，在云台28上安装双谱高清摄像头与红外高清摄像头，对监测点进行视频数据采集。

电缆6包括电源线、控制线和数据线。电源线与站点采集卡、各电机及各传感器283连接。控制线与各电机及各传感器283连接。数据线与站点采集卡及各传感器283连接。在一个优选的方案中，采用光纤通讯方式，主要完成控制数据交互、传感器283数据的交互(如视频、音频、热成像、烟雾、温湿度等)及手持操作终端的通讯。

牵引拉回装置3设置于管道1的端口处，钢丝绳4的一端连接于牵引拉回装置3，钢丝绳4的另一端连接于机器人2的尾端，牵引拉回装置3可收放钢丝绳4。机器人2在管道1中行走时，牵引拉回装置3放线运行，在机器人2需要后撤时，牵引拉回装置3根据设定的速度缓慢将机器人2拉回，此时机器人2的驱动电机24全部放弃控制以使驱动轮23自由旋转。一方面，可减少机器人2本身运行中电机的损耗，并且可以回收小车；另一方面，可以将机器人2数据的传输与其搭载配套，防止电缆6拖拽，使传输数据更加准确、快速。

本实施例的风电机组故障智能监测系统，用管道1作为机器人2的载体，机器人2可在管道1内行进，对管道1边上的设备进行监测，由于管道1依机组机舱内部结构进行设计与布置，可布置在不同高度，解决了巡检高度的问题；同时机器人2在管道1内行走，只需将管道1依机组机舱内部结构进行设计与布置，在铺设管道1时绕开障碍物，就能避开巡检路径上的障碍；依机组机舱内部结构进行设计与布置的管道1，可围绕设备的前后左右上下各个方向铺设，能覆盖各个监测点，解决了监测范围的问题；机器人2在管道1内行进，不会出现翻车、卡死或坠落等情况，安全性提高；在管道1上设置站点定位片，通过机器人2的站点采集卡识别站点，定位准确，能真实反应反馈风电机组的当前状况；机器人2将检测数据发送给服务器5，通过服务器5分析数据，避免数据采集与分析的不完整和缺失问题，还能准确识别异常，并在超运行条件时报警。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种风电机组故障智能监测系统，其特征在于，包括：

根据机组机舱内部结构进行设计与布置的透明管道，所述管道设有多个沿长度方向间隔分布的站点定位片；

可沿所述管道行进的机器人，所述机器人内置站点采集卡，所述机器人的前端设有可调俯仰角且可垂直于俯仰角调节轴旋转360°的云台，所述云台设有视觉传感器、声音传感器、温湿度传感器或可燃气体传感器中的一种或多种传感器，所述机器人与服务器通讯连接以传输站点采集卡采集的站点信息以及传感器采集的监测数据。

2.根据权利要求1所述的风电机组故障智能监测系统，其特征在于，所述管道设有多条，多条所述管道覆盖风电机组的各个监测点，每条所述管道内设有一个所述机器人。

3.根据权利要求1所述的风电机组故障智能监测系统，其特征在于，所述机器人包括前躯体、后躯体、驱动轮和驱动电机，所述前躯体与所述后躯体轴接，所述驱动轮设有六个，六个所述驱动轮分别设置于前躯体前端左右两侧、后躯体后端左右两侧以及躯体轴接处左右两侧，所述驱动电机设有三个，三个驱动电机分别设置于前躯体前部、后躯体后部以及躯体轴接处，三个驱动电机分别与相邻的某一驱动轮传动连接。

4.根据权利要求3所述的风电机组故障智能监测系统，其特征在于，所述前躯体和后躯体采用3D打印技术打印成型。

5.根据权利要求3所述的风电机组故障智能监测系统，其特征在于，所述机器人还包括变形电机，所述变形电机设置于躯体轴接处，所述变形电机的电机轴与位于躯体轴接处的驱动电机连接，所述变形电机与前躯体或后躯体固接，位于躯体轴接处的驱动电机与前躯体或后躯体固接，且位于躯体轴接处的驱动电机与变形电机固接于不同的躯体。

6.根据权利要求5所述的风电机组故障智能监测系统，其特征在于，所述机器人还包括设置于前躯体中部的俯仰电机和转角电机，所述云台包括肩颈部和头部，所述肩颈部轴接于所述前躯体的前端，且所述肩颈部可沿左右方向的横轴转动，所述肩颈部与所述俯仰电机传动连接，所述头部设置于所述肩颈部的前端，且所述头部可沿垂直于横轴的竖轴转动，所述头部与所述转角电机传动连接。

7.根据权利要求6所述的风电机组故障智能监测系统，其特征在于，所述风电机组故障智能监测系统还包括电缆，所述电缆包括电源线、控制线和数据线，所述电源线与站点采集卡、各电机及各传感器连接，所述控制线与各电机及各传感器连接，所述数据线与站点采集卡及各传感器连接。

8.根据权利要求7所述的风电机组故障智能监测系统，其特征在于，所述风电机组故障智能监测系统还包括牵引拉回装置及钢丝绳，所述牵引拉回装置设置于所述管道的端口处，所述钢丝绳的一端连接于所述牵引拉回装置，所述钢丝绳的另一端连接于所述机器人的尾端，所述牵引拉回装置可收放所述钢丝绳。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的风电机组故障智能监测系统，其特征在于，所述服务器具有依数据创建健康模型、新数据与健康模型对比分析、自动识别异常、超运行条件报警功能。

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