PROFINET是一個開放式的工業(yè)以太網(wǎng)通訊，具有兼容性強，速度快，實時性高的特點，在風力發(fā)電過程工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。齒輪箱是風力發(fā)電機組中一個重要的機械部件，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)中實現(xiàn)實時溫度監(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)生嚴重損壞之前采取措施，還可通過數(shù)據(jù)分析，提出維護建議，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)標準，是實時的工業(yè)以太網(wǎng)。PROFINET具有兼容性強，速度快，實時性高的特點，其通訊速率高達100Mb/s，一般數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偩€循環(huán)時間約在數(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)自動化領(lǐng)域提供一種全新的通信解決方案，即整個工廠全部使用一個網(wǎng)絡(luò)連接在一起。
齒輪箱的功能概述
齒輪箱是在風力發(fā)電機組中應(yīng)用很廣泛的一個重要的機械部件。其主要功用是將風輪在風力作用下所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機并使其得到相應(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，實時采集和監(jiān)測齒輪箱內(nèi)的溫度，可以幫助及時發(fā)現(xiàn)問題，排除故障，避免齒輪箱進一步損壞。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跟10個發(fā)射器進行通信，精確采集和存儲多個點的溫度，存儲容量高達1百萬個測量值，支持長時間的溫度記錄。MSR無線溫度記錄儀具有擴展的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)，實現(xiàn)實時在線溫度監(jiān)測。
其中，配套的無線溫度發(fā)射器的防護等級高達IP67防水防塵防油設(shè)計，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)的風力發(fā)電機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&遠程獲得MSR無線溫度記錄儀的溫度值，然后在上位機中顯示溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)需要，當溫度超過設(shè)定值時，還可設(shè)定報警。
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展為更完善的齒輪箱檢測維護系統(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，傳輸速度快的特點，解決了數(shù)據(jù)實時傳輸和傳輸穩(wěn)定的問題。基于Profinet網(wǎng)絡(luò)的風力發(fā)電機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)集成到上位機以及可視化，方便及時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：
模塊化設(shè)計：齒輪箱、溫度采集和記錄裝置、網(wǎng)關(guān)設(shè)備（從站）、主站和上位機軟件各自獨立，可根據(jù)實際的情況替換。
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。
自動化程度高，維護成本低：系統(tǒng)自動讀取溫度數(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10年的電池續(xù)航能力，減少維護時間、成本和停機時間。
兼容性強：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，利于精準技術(shù)維護。
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