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风电设备变速箱润滑油在线监测及维护

作　者: 高志朋
导　师: 臧铁钢
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 风力发电设备油液在线监测 Linux Labwindows/CVI 视情维护
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

齿轮箱是风电机组关键的子系统，齿轮油是影响齿轮箱寿命及可靠性的重要因素之一。目前，针对齿轮箱润滑系统的监测系统不完善且现有系统的分析和诊断功能较弱的现状，论文通过研究当前风力发电机齿轮箱润滑油的特点及润滑油监测的方式方法，在采用新型油品监测传感器的基础上，实现了在线油品监测系统的总体方案。开发了基于ARM-Linux的油品监控下位机，以及一套基于Labwindows/CVI齿轮箱油液在线监控上位机软件系统。最大限度保证了风力发电机组齿轮箱的可靠运转。本文的主要研究点如下：第一，提出齿轮箱润滑系统的总体设计方案，包括现阶段齿轮箱的润滑原理、油液的分析方法、系统的功能需求，在这些研究的基础上，进行系统的总体设计并搭建软硬件平台。第二，设计嵌入式控制器的硬件，主要监测颗粒数和介电常数，针对这两个参数，设计了数据采集电路及定制的外围接口电路等，包括传感器、处理器的选择，设计了采集电路，远程通讯接口及无线网络接口，最后介绍了电源及存储电路。第三，以嵌入式底层驱动为基础，研究Linux内核驱动程序的开发，编写适合本系统的驱动程序，包括开关量的I/O驱动、模拟量的AD驱动以及远程通讯的网络驱动，同时移植适用于嵌入式的Sqlite数据库。第四，基于Labwindows/CVI上位机管理系统开发，首先介绍了上位机的软件平台，接着介绍了软件的各功能模块、上位机数据处理方法。最后探讨了基于灰色理论及界限值的油液数据的统计与分析，并对开发的系统进行了测试，验证系统的可行性。实现对齿轮箱油的视情维护。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-16
  1.1 引言  11
  1.2 在线油液监测及其内容  11-12
  1.3 国内外研究现状  12-13
    1.3.1 国外在线油液监测技术研究现状  12
    1.3.2 国内在线油液监测技术研究现状  12-13
  1.4 本课题研究来源、目的及论文主要工作  13-15
    1.4.1 选题的来源及目的  13-14
    1.4.2 论文的主要工作  14-15
  1.5 本章小结  15-16
第二章风力发电机齿轮箱润滑监控系统及总体设计  16-28
  2.1 风力发电机齿轮箱润滑原理  16-20
    2.1.1 风力发电机齿轮箱润滑原理及监控分析  16-18
    2.1.2 当前风力发电机齿轮箱润滑系统监测点及其局限  18-20
  2.2 油液分析方法  20-21
  2.3 系统的功能要求  21-22
    2.3.1 油液在线监控系统的功能要求  21-22
    2.3.2 油液在线监控系统需求分析  22
  2.4 风力发电机齿轮箱在线油液监控系统总体设计  22-27
    2.4.1 总体结构设计  22-23
    2.4.2 油液监测系统 CPU 选择  23-25
    2.4.3 控制器系统硬件平台总体设计  25-26
    2.4.4 操作系统选择及软件层次结构  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第三章风力发电机齿轮箱在线监测系统硬件设计  28-37
  3.1 油液在线监测传感器的选择  28-30
    3.1.1 在线传感器的选用原则  28
    3.1.2 在线磨粒传感器的选择及其原理  28-29
    3.1.3 在线品质传感器的选择及其原理  29-30
  3.2 基于油液传感器的数据采集电路设计  30-32
    3.2.1 开关量采集接口电路设计  30-31
    3.2.2 模拟量采集电路  31-32
  3.3 数据远程通讯接口电路设计  32-34
    3.3.1 以太网通讯接口  32-34
    3.3.2 无线网络接口  34
  3.4 现场数据存储电路及其他电路  34-36
    3.4.1 SD 卡接口电路  34-35
    3.4.2 电源电路  35-36
  3.5 本章小结  36-37
第四章油液监测系统底层软件设计  37-54
  4.1 底层驱动设计及其实现  37-41
    4.1.1 Linux 设备驱动  37-38
    4.1.2 系统数据采集模块驱动的层次结构  38-39
    4.1.3 GPIO 驱动开发方法  39-41
  4.2 开关量 IO 口驱动  41-44
    4.2.1 misc 设备  41
    4.2.2 开关量驱动实现  41-44
  4.3 AD 转换的驱动实现  44-47
    4.3.1 AD 驱动的策略及流程  44
    4.3.2 AD 驱动的实现  44-47
  4.4 系统网络通讯下位机通讯模块设计  47-51
    4.4.1 网络设备驱动程序概述  47-49
    4.4.2 网络套接字编程  49
    4.4.3 客户端网络应用层程序主体  49-51
  4.5 数据库 SQLITE 的设计及其移植  51-53
  4.6 本章小结  53-54
第五章油液数据处理及上位机软件开发  54-73
  5.1 油液在线监控上位机系统开发  54-55
    5.1.1 油液在线监控上位机软件平台  54
    5.1.2 各模块功能设计  54-55
  5.2 上位机多线程数据采集  55-60
    5.2.1 基于多线程的在线数据采集  55-57
    5.2.2 基于线程池的数据采集线程设计  57-60
  5.3 基于灰色理论及界限值的油液颗粒及品质数据处理  60-65
    5.3.1 系统通信协议解析  60-61
    5.3.2 颗粒数据处理及分析  61-64
    5.3.3 基于灰色理论的油液品质预测  64-65
  5.4 油液状态的电子报表生成  65-68
    5.4.1 LabWindows_CVI ActiveX 的调用  65-66
    5.4.2 EXCEL 驱动器文件的生成  66-67
    5.4.3 EXCEL 报表生成程序  67-68
  5.5 系统测试及数据分析  68-72
    5.5.1 在线监控及界面显示测试  68-70
    5.5.2 值班人员的信息及管理  70-71
    5.5.3 报警界面测试  71-72
  5.6 本章小结  72-73
第六章总结与展望  73-75
参考文献  75-78
致谢  78-79
在学期间的研究成果及发表的学术论文  79

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