CN107168168A - 一种风电塔筒智能免爬器控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电塔筒智能免爬器控制系统及方法，包括智能免爬器车体部分，控制箱部分及遥控器部分，智能免爬器车体部分包括数据采集模块、A/D转换模块、单片机及无线收发模块，控制箱部分包括主控单元、变频器、控制电机及无线收发模块，遥控器部分包括主控单元、按键输入单元、TFT LCD显示单元及无线收发模块，智能免爬器车体部分通过无线收发模块分别与控制箱部分及遥控器部分连接，本发明增加了多组传感器和无线通信技术，使得免爬器系统更加精简实用、安全高效，在一定程度上有助于风力发电的进一步发展。

Description

一种风电塔筒智能免爬器控制系统及方法

技术领域：

本发明属于风电塔筒技术领域，尤其涉及一种风电塔筒智能免爬器控制系统及方法。

背景技术：

随着全球化石能源的日益衰减以及人们环境保护意识的不断增强，可再生新能源在近年来得到了较为迅速的发展。其中，资源丰富、发展前景十分可观并且清洁环保的风能发电更是备受青睐。在利用风力发电中相比低空的风能，80米高空的风能资源更为丰富，质量更加稳定可靠，发电效率更高。因此，近年来建设的风电塔筒一般都是比较高的。而面于这样高的风电塔筒，塔筒上方的检修维护工作对于操作人员来讲即是身体上也是心理上的一种挑战。在塔筒攀爬过程中过多的消耗操作人员的体力，本身就会降低工作效率，还会影响人员心情，更不利于人身安全。因此，设计一种升降设备帮助操作人员轻松安全的抵达塔筒顶端具有非常的实际意义和广泛地用途。

传统风电塔筒辅助攀爬设备主要有三种分别为助爬器、免爬器及升降梯。由于结构简单价格低廉，助爬器在风力发电的早期使用的较多。随着风力发电的不断发展，无法满足攀爬体力零消耗的这种助爬器越来越不能适应现代风电塔筒系统。升降梯类似于箱体电梯，由于其高昂的价格以及有着较大工作空间的要求，在风电领域内一直少有采用。本发明加入了多传感器及物联网技术设计，实现了带状态监测的智能免爬器创新性设计。

发明内容：

针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种风电塔筒智能免爬器控制系统及方法。

本发明的一种风电塔筒智能免爬器控制系统，包括智能免爬器车体部分，控制箱部分及遥控器部分，所述智能免爬器车体部分包括数据采集模块、A/D转换模块、单片机及无线收发模块，所述数据采集模块包括温度传感器、加速度/倾角传感器、称重传感器及心率传感器，所述称重传感器及心率传感器均与A/D转换模块连接，所述温度传感器、加速度/倾角传感器及A/D转换模块均与单片机连接，所述单片机连接无线收发模块，所述控制箱部分包括主控单元、变频器、控制电机及无线收发模块，所述控制电机、变频器、主控单元及无线收发模块依次连接，所述遥控器部分包括主控单元、按键输入单元、TFT LCD显示单元及无线收发模块，所述按键输入单元和TFT LCD显示单元均与主控单元连接，所述主控单元连接无线收发模块，所述智能免爬器车体部分通过无线收发模块分别与控制箱部分及遥控器部分连接。

优选的，所述单片机为内置DSP的STM32L476的测控模块。

优选的，所述主控单元均为STM32F103主控单元。

本发明的一种风电塔筒智能免爬器控制方法，包括以下步骤：

（1）免爬器控制系统平台初始化并自检；

（2）判断智能免爬器车体部分，控制箱部分及遥控器部分是否正常工作，若是，则进入下一步，若否，则反馈相应的错误代码；

（3）系统检测是否有人，若是，则系统进入车载模式，若否，则系统进入遥控模式；

（4）若进入车载模式，记录免爬器初始基准值，若进入遥控模式，则中断按键标志位后结束；

（5）数据采集模块通过温度传感器、加速度/倾角传感器、称重传感器及心率传感器分别采集温度、三轴加速度倾角、载重、脉搏等信号；

（6）判断采样时间是否达到20ms，若是，则记录采样值后进入下一步，若否，则继续采样；

（7）单片机直接读入或先经过A/D转换模块再读入数据采集模块的信号，调用FFT函数进行信号的时域特征提取以及频域信号处理，记下频域信息；

（8）通过采样值和频域信息分析获得免爬器车体与人体状态。

本发明有益效果：本发明在进行更具人性化结构设计的同时增加了多组传感器和无线通信技术，使得免爬器系统更加精简实用、安全高效。不仅仅是为操作人员提供了一种优质的攀爬设备，更是安全高效工作的一种保障，在一定程度上有助于风力发电的进一步发展。可实时监测免爬器所承受重量，为免爬器是否启动运行提供安全判断，并为免爬器的升降速度做出合理选择，可实时监测免爬器运行速度与倾角，并通过无线传输数据，用于判断免爬器运行状态。

附图说明：

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为风电塔筒智能免爬器控制系统结构示意图；

图2为风电塔筒智能免爬器组网图；

图3为风电塔筒智能免爬器车体机械图；

图4为风电塔筒智能免爬器控制方法流程图。

图中：1-车身；2-扶手；3-TFT显示屏；4-调节按钮；5-导轨孔；6-遥控器盒子；7-可折叠踏板。

具体实施方式：

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1-4所示，本实施例的一种风电塔筒智能免爬器控制系统，包括智能免爬器车体部分，控制箱部分及遥控器部分，所述智能免爬器车体部分包括数据采集模块、A/D转换模块、单片机及无线收发模块，所述数据采集模块包括温度传感器、加速度/倾角传感器、称重传感器及心率传感器，所述称重传感器及心率传感器均与A/D转换模块连接，所述温度传感器、加速度/倾角传感器及A/D转换模块均与单片机连接，所述单片机连接无线收发模块，所述控制箱部分包括主控单元、变频器、控制电机及无线收发模块，所述控制电机、变频器、主控单元及无线收发模块依次连接，所述遥控器部分包括主控单元、按键输入单元、TFTLCD显示单元及无线收发模块，所述按键输入单元和TFT LCD显示单元均与主控单元连接，所述主控单元连接无线收发模块，所述智能免爬器车体部分通过无线收发模块分别与控制箱部分及遥控器部分连接。

多传感器的数据采集模块使用温度传感器、加速度/倾角传感器、称重传感器及心率传感器分别采集温度、三轴加速度倾角、载重、脉搏等信号。多传感器信号由STM32L476单片机直接读入或先经过A/D转换模块再读入，单片机进行信号的时域特征提取以及频域信号处理。最后通过无线通信模块将控制指令发送到控制箱部分。遥控器部分通常用于运输塔筒内的维修物资使用。

本发明的风电塔筒智能免爬器控制系统的免爬器车体设计上，免爬器车体包括车身1、扶手2、TFT显示屏3、调节按钮4、导轨孔5、遥控器盒子6、控制箱及可折叠踏板7，是输送人员或货物的平台。心率传感器以及控制按钮安装于扶手2上，用来测量人体脉搏以及对电机进行点动控制；TFT显示屏3，安装于车身上1，提供良好人机界面；调节旋钮4可以选择到达高度的按钮；导轨孔5通过连接导轨使车身1通过牵引装置（牵引钢索和顶部支撑滑轮）与电机连接，电机为YEJ6042三相异步电动机，作为免爬器系统的原动机部分，用于提供动力带动免爬器运行。其和导轨、牵引钢索、顶部支撑滑轮一同构成系统的动力系统。遥控器盒子6可放置遥控装置；控制箱，存放在车身1内，用来采集车体的以及人体信息；称重传感器YZC-1616安装于可折叠踏板7上，对人体实施称重以及载重，便于调速以改变扭矩。用于采集免爬器运行速度和倾角的加速度/倾角传感器MPU-6050则安装在免爬器车身1上。

控制箱部分用于安放主控电路板，变频器，无线收发模块，以及各按钮和指示灯与前述器件的排线布线，其中按钮和指示灯都设置在电控箱部分的箱门面板上。按钮包括：启动按钮、紧急停止按钮、充电按钮、控制免爬器运行的上升按钮、停止运行按钮、下降运行按钮；指示灯包括：电源指示灯、报警灯、免爬器运行状态灯。

遥控器部分采用无线通信，方便操作人员手持携带，用于向无线接受模块发送命令，进行对免爬器的一系列操作控制。

风力场有多个风电塔筒，为了便于集中管理和数据处理，将各个风电塔筒中免爬器系统进行编号组网，集中器通过LoRa组网集中获得每个免爬器的运行状态数据，再经由以太网将数据送至服务器进行存储。第三方运维公司和主站DCS可访问服务器，从而获取整个系统中各免爬器的运行状态以及相关操作人员状况信息。

本发明的一种风电塔筒智能免爬器控制方法，包括以下步骤：

（1）免爬器控制系统平台初始化并自检；

（2）判断智能免爬器车体部分，控制箱部分及遥控器部分是否正常工作，若是，则进入下一步，若否，则反馈相应的错误代码；

（3）系统检测是否有人，若是，则系统进入车载模式，若否，则系统进入遥控模式；

（4）若进入车载模式，记录免爬器初始基准值，若进入遥控模式，则中断按键标志位后结束；

（5）数据采集模块通过温度传感器、加速度/倾角传感器、称重传感器及心率传感器分别采集温度、三轴加速度倾角、载重、脉搏等信号；

（6）判断采样时间是否达到20ms，若是，则记录采样值后进入下一步，若否，则继续采样；

（7）单片机直接读入或先经过A/D转换模块再读入数据采集模块的信号，调用FFT函数进行信号的时域特征提取以及频域信号处理，记下频域信息；

（8）通过采样值和频域信息分析获得免爬器车体与人体状态。

工作原理：系统首先平台的初始化和自检，对控制箱模块、变频器和电机模块以及车体采集模块进行判别是否正常工作，如若不正常，则反馈相应的错误代码；当各模块一切正常系统检测是否有人，如若检测不到人，系统默认进入遥控模式，可以通过手动遥控器控制免爬器车体的运动，如果检测到人，首先对人通过称重传感器进行称重，当符合条件，免爬器车体会根据人的选择到达相应的位置，同时系统会通过温度传感器、加速度/倾角传感器、称重传感器及心率传感器分别采集温度、三轴加速度倾角、载重、脉搏等信号，检测高层振动以及人的状态，再由单片机直接读入或先经过A/D转换模块再读入，单片机进行信号的时域特征提取以及频域信号处理，通过无线通信模块将控制指令发送到控制箱部分，有助于避开高层振动，提示人的状态，提高人身安全。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种风电塔筒智能免爬器控制系统，其特征在于：包括智能免爬器车体部分，控制箱部分及遥控器部分，所述智能免爬器车体部分包括数据采集模块、A/D转换模块、单片机及无线收发模块，所述数据采集模块包括温度传感器、加速度/倾角传感器、称重传感器及心率传感器，所述称重传感器及心率传感器均与A/D转换模块连接，所述温度传感器、加速度/倾角传感器及A/D转换模块均与单片机连接，所述单片机连接无线收发模块，所述控制箱部分包括主控单元、变频器、控制电机及无线收发模块，所述控制电机、变频器、主控单元及无线收发模块依次连接，所述遥控器部分包括主控单元、按键输入单元、TFT LCD显示单元及无线收发模块，所述按键输入单元和TFT LCD显示单元均与主控单元连接，所述主控单元连接无线收发模块，所述智能免爬器车体部分通过无线收发模块分别与控制箱部分及遥控器部分连接。

2.根据权利要求1所述的一种风电塔筒智能免爬器控制系统，其特征在于：所述单片机为内置DSP的STM32L476的测控模块。

3.根据权利要求1所述的一种风电塔筒智能免爬器控制系统，其特征在于：所述主控单元均为STM32F103主控单元。

4.一种风电塔筒智能免爬器控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）免爬器控制系统平台初始化并自检；

（2）判断智能免爬器车体部分，控制箱部分及遥控器部分是否正常工作，若是，则进入下一步，若否，则反馈相应的错误代码；

（3）系统检测是否有人，若是，则系统进入车载模式，若否，则系统进入遥控模式；

（4）若进入车载模式，记录免爬器初始基准值，若进入遥控模式，则中断按键标志位后结束；

（5）数据采集模块通过温度传感器、加速度/倾角传感器、称重传感器及心率传感器分别采集温度、三轴加速度倾角、载重、脉搏等信号；

（6）判断采样时间是否达到20ms，若是，则记录采样值后进入下一步，若否，则继续采样；

（7）单片机直接读入或先经过A/D转换模块再读入数据采集模块的信号，调用FFT函数进行信号的时域特征提取以及频域信号处理，记下频域信息；

（8）通过采样值和频域信息分析获得免爬器车体与人体状态。