基于物联网的大功率风电机组高强螺栓智能检测系统

技术领域

本发明涉及新能源风力发电技术领域，具体为基于物联网的大功率风电机组高强螺栓智能检测系统。

背景技术

风电机组高强螺栓的维护和监测是机组大部件、风电机组可靠运行的关键，机组定检维护不到位，会增大机组的故障率，降低机组的可利用率，增大风电场在机组全生命周期的成本。目前风电机组的定检分为半年检和全年检，在定检过程中因经济因素、人员因素，对机组的定检维护远远达不到预期，为风电机组的可靠运行留下了风险。

针对风电场高强螺栓维护过程中偷工减料及过度维护现象，开发了基于智能设备的大功率风电机组高强螺栓维护监测系统。该系统主要采用数据采集技术、物联网技术、大数据分析技术，通过技术手段实现了风电机组高强螺栓维护的实时记录与传输，自动生成维护监测报告，实现了高强螺栓维护过程中的可观、可管、可控。

电机组的螺栓作业及监控是风电机组安全可靠运行的关键，机组维护监测不到位，会增大机组的故障率，降低机组的可利用率，增大风电场在机组全生命周期的成本。目前风电机组高强螺栓在维护过程中因经济因素、人员因素，对机组高强螺栓的维护远远达不到预期，为机组大部件、风电机组的可靠运行留下了隐患和风险。因此，我们提出基于物联网的大功率风电机组高强螺栓智能检测系统。

发明内容

本发明的目的在于提供基于物联网的大功率风电机组高强螺栓智能检测系统，以解决上述背景技术提出的目前风电机组高强螺栓在维护过程中因经济因素、人员因素，对机组高强螺栓的维护远远达不到预期，为机组大部件、风电机组的可靠运行留下了隐患和风险的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于物联网的大功率风电机组高强螺栓智能检测系统，基于物联网的大功率风电机组高强螺栓智能检测系统，包括能量源动力装置、智能数据采集中央处理系统、智能编码识别及采集系统、螺栓标识编码系统、智慧云大数据平台解析诊断预警系统，所述的能量源动力装置可自动计算不同规格的螺栓力矩需求，提供不同规格的动力源；自身具备智能探测传感器，可以将螺栓的压力值、量程、量程标定等信息自动传递给智能数据采集中央处理系统。

优选的，所述的智能数据采集中央处理系统，对风电场、风电机组通过层级逐步编码，对整个风电机组根据功能进行智能分区；接收能量源动力装置采集的高强螺栓数据信息，接收智能编码识别及采集系统采集的高强螺栓编码信息簇；

所述的智能数据采集中央处理系统的特征在于精准定位高强螺栓的算法，该算法通过对风电场、机型、部件、高强螺栓编码信息簇、高强螺栓数据簇的组合算法，形成高强螺栓唯一标识码，精准定位每一个高强螺栓的信息，并通过无线网络实时传递到智慧云大数据平台解析诊断预警系统，螺栓的全息数据同时也在本地进行冗余保存；

所述的智能数据采集中央处理系统的特征在于高强螺栓采集过程中，因作业环境等中断后，再次启动作业后可以无缝衔接再次精准定位到原来作业机组、作业的具体部件、作业的具体螺栓；

所述的智能数据采集中央处理系统的特征在于高强螺栓采集过程中，可实现不连续化作业，比如在同一机组作业中断，如果恢复作业后，被作业的机组不具备作业条件，可以先进行其他机组的高强螺栓作业，待未完成作业机组具备条件后，再继续作业，智能采集系统仍可以准确的定位到未完成机组的待打力矩的具体高强螺栓上。

优选的，所述的智能编码识别及采集系统实时采集高强螺栓的过程数据值，形成一次力矩紧固过程谱线，采集力矩标识码、量程、力矩线谱、作业螺栓动态数据组等信息，对螺栓力矩作业全息监控，将采集的数据实时传输给智能数据采集中央处理系统；

所述的智能编码识别及采集系统的特征在于螺栓标识的识别算法，可以避免数据采集过程中一次识别多个编码的问题，一次只识别需要的螺栓特征编码；

所述的智能编码识别及采集系统的特征在于可定位高强螺栓物理坐标，采集被作业螺栓过程轨迹，高强螺栓紧固过程工艺全息精准监控。

优选的，所述的螺栓标识编码系统采用无源智能芯片，精准标识和定位螺栓，智能芯片的排布频率根据智能算法实时调节，可以满足不同机组、不同规格的螺栓精准定位；智能芯片的编码采用可变公差的等差数列编码规则，同时与智能数据采集系统的软件算法有机结合，对高强螺栓做冗余定位；智能芯片具备螺栓的身份特征信息，记录螺栓整个生命周期的采集和维护信息。

优选的，所述的智慧云大数据平台解析诊断预警系统包括服务器、数据库和软件系统开发平台；所述的智慧云大数据平台解析诊断预警系统接收智能数据采集中央处理系统传递的螺栓全息信息，通过大数据分析，应用AI智能算法，对数据进行解析；

所述的智慧云大数据平台解析诊断预警系统可以对整个螺栓紧固工艺实施流程实时安全监控；可以对松动螺栓进行监测和预警；对螺栓力矩紧固质量、对人员工作能力和效率进行评估；

所述的智慧云大数据平台解析诊断预警系统的特征在于螺栓松动预警的算法，该算法通过识别高强螺栓力矩的变化率和时间来判断螺栓松动的程度，变化率和时间的预值通过大数据分析确定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本系统平台通过对高强螺栓监测、大数据分析与预警，能提前发现机组机舱、大部件及电气系统初期安全风险、隐患，及早预警、及早发现、及早消除隐患，避免因超速、振动、螺栓断裂等给机组带来的重创及风场重大经济损失，经济效益不可估量。

本系统具备现代化智能风电场的基因，整场智慧运营水平的综合提升，推动了风电场少人值守、无人值守的发展，可作为标杆项目和示范项目，标杆和示范效应对其它风电场后续智能化发展会产生“集肤”效应，对整个风电行业风电场优化，潜在经济效益非常可观。

附图说明

图1为本发明基于物联网的大功率风电机组高强螺栓智能检测系统的拓扑结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一机构实施例，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。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：基于物联网的大功率风电机组高强螺栓智能检测系统，包括能量源动力装置、智能数据采集中央处理系统、智能编码识别及采集系统、螺栓标识编码系统、智慧云大数据平台解析诊断预警系统，能量源动力装置可自动计算不同规格的螺栓力矩需求，提供不同规格的动力源；自身具备智能探测传感器，可以将螺栓的压力值、量程、量程标定等信息自动传递给智能数据采集中央处理系统。

具体的，智能数据采集中央处理系统，对风电场、风电机组通过层级逐步编码，对整个风电机组根据功能进行智能分区；接收能量源动力装置采集的高强螺栓数据信息，接收智能编码识别及采集系统采集的高强螺栓编码信息簇；

智能数据采集中央处理系统的特征在于精准定位高强螺栓的算法，该算法通过对风电场、机型、部件、高强螺栓编码信息簇、高强螺栓数据簇的组合算法，形成高强螺栓唯一标识码，精准定位每一个高强螺栓的信息，并通过无线网络实时传递到智慧云大数据平台解析诊断预警系统，螺栓的全息数据同时也在本地进行冗余保存。

智能数据采集中央处理系统的特征在于高强螺栓采集过程中，因作业环境等中断后，再次启动作业后可以无缝衔接再次精准定位到原来作业机组、作业的具体部件、作业的具体螺栓；

智能数据采集中央处理系统的特征在于高强螺栓采集过程中，可实现不连续化作业，比如在同一机组作业中断，如果恢复作业后，被作业的机组不具备作业条件，可以先进行其他机组的高强螺栓作业，待未完成作业机组具备条件后，再继续作业，智能采集系统仍可以准确的定位到未完成机组的待打力矩的具体高强螺栓上。

具体的，智能编码识别及采集系统实时采集高强螺栓的过程数据值，形成一次力矩紧固过程谱线，采集力矩标识码、量程、力矩线谱、作业螺栓动态数据组等信息，对螺栓力矩作业全息监控，将采集的数据实时传输给智能数据采集中央处理系统；

智能编码识别及采集系统的特征在于螺栓标识的识别算法，可以避免数据采集过程中一次识别多个编码的问题，一次只识别需要的螺栓特征编码；

智能编码识别及采集系统的特征在于可定位高强螺栓物理坐标，采集被作业螺栓过程轨迹，高强螺栓紧固过程工艺全息精准监控。

具体的，螺栓标识编码系统采用无源智能芯片，精准标识和定位螺栓，智能芯片的排布频率根据智能算法实时调节，可以满足不同机组、不同规格的螺栓精准定位；智能芯片的编码采用可变公差的等差数列编码规则，同时与智能数据采集系统的软件算法有机结合，对高强螺栓做冗余定位；智能芯片具备螺栓的身份特征信息，记录螺栓整个生命周期的采集和维护信息。

具体的，智慧云大数据平台解析诊断预警系统包括服务器、数据库和软件系统开发平台；智慧云大数据平台解析诊断预警系统接收智能数据采集中央处理系统传递的螺栓全息信息，通过大数据分析，应用AI智能算法，对数据进行解析；

智慧云大数据平台解析诊断预警系统可以对整个螺栓紧固工艺实施流程实时安全监控；可以对松动螺栓进行监测和预警；对螺栓力矩紧固质量、对人员工作能力和效率进行评估。

智慧云大数据平台解析诊断预警系统的特征在于螺栓松动预警的算法，该算法通过识别高强螺栓力矩的变化率和时间来判断螺栓松动的程度，变化率和时间的预值通过大数据分析确定。

实施例：IHPS100是一款采用云技术、大数据、计算机信息技术，能够对螺栓组进行智能编码，远程监控螺栓预紧力矩，并上传预紧数据到后台，远程客户端能够实时显示螺栓预紧力矩，并能记录、汇总定检数据的多用途智能设备系统。具有以下功能：多种型号风电机组螺栓监测，螺栓智能编码编组；系统可以对不同螺栓标识的识别、确认，信息采集，螺栓预紧力矩范围广；客户端实时显示螺栓预紧力矩值；预警螺栓预紧力矩值超限；自动生成业务统计报表，为运营决策提供有力依据。

高强螺栓紧固监测系统，采用智能化的力矩采集设备，可以实时将力矩值保存到本地的同时，上传到数据云端；

数据云端对机组力矩值自动编码、生成报表，通过技术手段保障定检人员的作业质量，避免传统螺栓打力矩过程中少打、不打、打不打不可控的状态；

于此同时，通过云端大数据分析功能，可以分析出一年内机组主要受载荷情况，重点关注受载部件情况；

智能定检系统支持单台机组、整场风电机组的大容量数据本地存储和远端传输；

支持因雷雨天气等客观或不可控环节导致作业中断后无缝衔接作业，比如在作业过程中因雷电天气停止作业，打力矩作业会将作业记录详细记录在智能化采集设备中，作业恢复后，可以无缝衔接上次作业的机组、作业的具体部件、作业的具体螺栓；

智能定检系统支持不连续化作业，比如在同一机组作业中断，如果恢复作业后，作业的机组不具备作业条件，可以先进行其他机组的打力矩作业，带未完成作业机组具备条件后，再继续作业，智能采集系统可以准确的定位到未完成机组的待打力矩的具体螺栓上；

物联网云平台具备整场、部件、单个螺栓可视化界面；能够划分区域显示叶片组(叶片1、叶片2、叶片3)、变桨轴承(变桨轴承1、变桨轴承2、变桨轴承3)、主轴(主轴与轮毂、主轴与齿轮箱、主轴轴承座与主机架)、塔筒(基础法兰与底部塔筒段、1-2节塔筒、2-3节塔筒、顶节与机舱)显示的方式，以一级、二级页面，或其他，所有的状态信息与信息采集设备相对应；

单个螺栓可以图形化显示，每个单个螺栓信息显示(或隐藏显示)包括点谱、时间、操作人等；

螺栓力矩线谱整体显示；

智能分析和预警功能，能够分类提取出产生松动的螺栓，并分类进行预警和显示，并输出报表。

综上所述，智能定检系统，采用智能化的螺栓力矩采集设备，可以实时将力矩值保存到本地的同时，上传到数据云端，数据云端对机组力矩值自动编码、自动生成报表，通过技术手段保障定检人员的作业质量，避免传统螺栓打力矩过程中少打、不打、打不打不可控的状态。

于此同时，通过云端大数据分析功能，还可以分析出一年内机组主要受载荷情况，重点关注受载荷部件情况，提前预警。

智能定检系统可以实现单台机组、整场风电机组的大容量数据本地存储和远端传输，支持因雷雨天气等客观或不可控环节导致作业中断后无缝衔接作业，比如在作业过程中因雷电天气停止作业，打力矩作业会将作业记录详细记录在智能化采集设备中，作业恢复后，可以无缝衔接上次作业的机组、作业的具体部件、作业的具体螺栓。

智能定检系统可以实现不连续化作业，比如在同一机组作业中断，如果恢复作业后，作业的机组不具备作业条件，可以先进行其他机组的打力矩作业，带未完成作业机组具备条件后，再继续作业，智能采集系统可以准确的定位到未完成机组的待打力矩的具体螺栓上。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中机构技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。