大型风电机组塔筒振动、应变测量系统主程序设计课程设计--大学毕业设计论文

湖南科技大学机电工程学院 课 程 设 计 任 务 书

课程设计名称 专业综合课程设计 课程设计题目 大型风电机组塔筒振动、应变测量系统

学 生 姓 名 邓富成 年级 12级 专业 测控技术与仪器 学号 1203030118

指 导 教 师 戴巨川 单位 湖南科技大学机电工程学院 课程设计起止日期 2015年12月28日~2015年1月17日

设计内容： （1）大型风电机组塔筒振动、应变测量系统 （2）中央处理系统模块

任务与要求： （1） 提出合理的振动、应变测量系统总体设计方案； （2） 中央处理系统组成及结构分析； （3） 主程序的流程图设计； （4） 对各个模块的子程序地址安排以及I/0选择； （5） 实现各个模块较为合理组合； （6） 综合电路基于PROTUES的仿真； （7） 单片机实物焊接时，各模块位置编排，力求美观合理； （8） 单片机实物调试；

主要参考资料： [1] 潘永雄.单片机原理与应用.北京:电子工业出版社,2002 [2] 徐新艳.单片机及工程应用.北京:高等教育出版社,2005 [3] 张毅刚.单片机原理及应用.北京高等教育出版社,2004 [4] 戴胜华.单片机原理与应用北京:北方交通大学出版社,2005 [5] 周坚.单片机轻松入门.北京:北京航空航天大学出版社,2004 大型风电机组塔筒振动、应变测量系统 摘要：塔筒是风力发电机组中的主要支撑装置， 必须有足够的强度、 刚度和稳定性以保证机组安全可靠运行。 本项目通过在测量塔筒的应变和振动基础上，设定应变和振动的阈值，当塔筒所受的振动和应变超过阈值的时候，所设计的设备会报警，提示工作人员进行维修和检测。设备的中央控制芯片是单片机，通过单片机的自动控制最终实现对风力发电机塔筒的监控。 关键词: 风力机; 塔筒; 振动; 应变 目 录 第一章、总体方案设计 ............................................................................................... 1 1.1大型风电机组塔筒振动、应变测量系统的现状 ................................ 1 1.1.1概述 .............................................................. 1 1.1.2塔筒的载荷分析 .................................................... 1 1.2 提出振动、应变系统测量方案 ............................................. 2 1.3 总体设计的框图 ......................................................... 3 1.4 功能单元定义 ........................................................... 4 1.4.1各个引脚以及地址定义 .............................................. 4

第二章、功能划分及各模块任务安排 ....................................................................... 5 2.1中央处理系统组成及结构分析 .............................................. 5 2.1.1单片机选型： ...................................................... 5 2.1.2中央处理系统组成： ................................................ 5 2.2功能划分以及各模块任务： ................................................ 6 2.2.1电源供电模块： .................................................... 6 2.2.2振动信号采集处理模块： ............................................ 6 2.2.3应变信号采集处理模块： ............................................ 6 2.2.4人机界面显示模块： ................................................ 7

第三章、中央处理系统软件模块设计 ....................................................................... 8 3.1主程序流程图 ............................................................ 8 3.1.1主程序流程图 ...................................................... 8 3.1.2主程序汇编代码 .................................................... 9 3.2子程序设计 .............................................................. 8 3.2.1各模块子程序地址安排及I/O口的使用 ............................... 10 3.2.2 I/O的分配和各个引脚使用 .......................................... 11 3.2.3 ADC0809输入通道的控制及选择 ...................................... 12

第四章、系统仿真以及实物调试 ............................................................................. 14 4.1系统仿真 ............................................................... 14 4.1.1总体仿真图 ....................................................... 14 4.1.2 PROTUES仿真设计介绍 ............................................. 14 4.2 PROTUES仿真结果分析 ................................................... 16

第五章、心得体会 ..................................................................................................... 20

第六章、参考文献 ..................................................................................................... 21 第 1 页

第一章、总体方案设计 1.1大型风电机组塔筒振动、应变测量系统的现状 1.1.1概述 塔筒是风力发电机组(风力机)中的主要支撑装置， 它将机舱和风轮托举到所需的高度。 在机组的整个寿命周期内， 塔筒在受到风轮、 机舱以及自身重力作用的同时， 还要受到各种风况( 正常风况、 极端风况)引起的动载荷作用， 承受大小和方向随时变化的疲劳载荷和极限载荷。 因此设计时必须保证塔简具有足够的强度、 刚度和稳定性。 塔筒的振动分析与控制是风力机在设计过程中必须进行的工作之一。 由于风轮在一定范围内转动， 且风轮的转速时刻都在发生变化， 因此设计时必须考虑风力发电机组运行时变载荷、 变转速的特性， 通过对各个部件动态特性及其耦合特性的设计， 保证整个机组在工作过程中平稳及安全可靠地运行。 通过对塔筒振动和应变的测量和分析， 可以了解实际工作过程中塔筒的振动水平， 从而对塔筒进行优化设计。 1.1.2 塔筒的载荷分析 目前，风电机组塔筒大都为锥形结构，其顶端安装有较大质量的机舱和在风载荷作用下旋转的风轮。概括起来，作用在塔筒上的载荷主要有以下几类： 1) 气动力：作用在塔筒顶部的风轮上的气动力是塔筒载荷的主要来源。此外， 风载荷直接作用在塔筒上也会对塔筒产生动载荷。 2) 重力：机舱和风轮重力直接作用于塔筒顶部，是塔筒设计和机组安装时必须考虑的一个重要参数。机舱和风轮的重心位置也是设计时必须考虑的一个重要参数。 3) 惯性载荷：由于风载荷的随机性，会引起塔筒的振动，而这种振动会产生惯性力，不但引起塔筒的附加应力，而且还会影响塔筒顶端叶轮的变形和振动。 4) 控制系统的运行载荷：风电机组在运行过程中，控制系统和保护系统使机组启动、停车（包括紧急停车）、偏航、变桨、脱网时，都会引起机组结构和塔筒部件的载荷变化。 塔筒受到多种载荷的共同作用，特别是由于风载荷的随机性，必然引起塔筒的变形和振动，而这种振动不但会引起塔筒的附加应力，而且有可能与叶片产生共振，从而影响整个风电机组组的稳定性。因此，在风电机组组塔架设计中，必须对塔筒进行动力学分析，合理设计塔筒的强度和刚度。通过对塔筒进行模态分析，动力响应计算等，使塔架频率（主要为一阶频率）与叶片的通过频率之间错开一定的数值，而且把机组和塔筒的振动都控制在一定的范围内。