基于LabVIEW的摇臂式波浪发电装置数据采集系统设计

张伟 李德堂 蒋志勇 谢永和 吴百公

摘 要：新型海洋可再生能源技术在能源战略中的地位和作用越来越受到重视，文章基于波浪能为动力的水下养殖垃圾回收装置对摇臂式波浪发电装置的工作原理进行介绍，并对波浪发电装置数据采集系统进行研究，利用LabVIEW机软件进行上位机采集系统的设计，通过波况信息的采集验证了设计软件运行的可行性。

关键词：摇臂式波浪发电装置；数据采集；LabVIEW软件

我国海洋能的开发程度比较低，能源的利用以及能源结构的建设上仍然存在问题，发展海洋能发电是目前利用海洋能的一种新形势，我国海洋能发电设备的研发在国家政策的大力支持下发展迅速[1]。

海洋发电技术的发展不仅可以推动经济的进步[2]，而且可以满足能源改革的需求，其中波浪能储量最大，发电量可达700亿 kW，具有巨大的开发潜力[3]。因此，在世界能源发展战略调整期之际，立足我国国情，紧跟国际能源技术革命新趋势，通过海洋新能源技术创新示范应用，推动能源生产和利用方式的变革，非常必要[4]。

波浪发电技术海上应用示范效果显著，技术成熟，发电稳定运行可靠，装置不但适应复杂的海洋环境，恶劣海况下可实现自我保护，而且全部核心设备均安装在平臺发电控制间，远离海面之上，消除了海水腐蚀和海生物侵袭不利因素，经受住了多次台风袭击考验。为此发明了一种波浪能存储与自动调节技术，实现了液压能向电能稳定连续的转化[5]。支撑平台采用自升式平台结构如图1所示，由平台主体、桩腿构成，确保了核心装备全部位于水面之上，避免遭受海水的侵蚀和破坏，大大提高了装置的可靠性。

1 波浪信号采集系统设计方案

1.1 位移传感器选型

如图2所示，本设计选用YF-YJ系列远测距传感器，利用激光相位法测量技术，实现对浮子垂荡方向的位移检测。它具有测量速度快、测量精度高等特点，并且产品体积小、接口丰富、能够满足不同的使用环境，适用于工业控制、检测等领域。同时选择压力、流量、电压、电流、压力传感器，通过传感器将采集的物理信号转变为模拟量信号，并输送到数据采集仪中，在上位机实时显示。本设计中通过现场总线技术将外界设备中的通信信息传输到数据采集卡中，运行效果良好[6-7]。

1.2 多通道数据采集仪

信号采集系统的工作原理示意如图2所示，多通道数据采集仪可与带USB接口的各种台式计算机、笔记本电脑、工控机连接构成高性能的数据采集测量系统。该产品设计讲究，测量精度高，速度快，编程简便，且具有USB设备体积小巧，连接方便，无需外接电源，即插即用，可带电拔插等特有优点[8]。可广泛应用于科学实验和工业测量控制领域。

本设计中波浪发电系统采集是通过传感器将测试信号转化为电压信号，信号经调理电路调理后，利用NI数据采集卡将其转化为计算机可识别的数字信号，并传入计算机。

2 LabVIEW的仿真与分析

2.1 LabVIEW软件设计

上位机显示部分由 LabVIEW软件编写的程序来完成，通过传感器和信号处理模块将升采集的物理信息进行转化，并实时显示在界面中[9-10]。综合考虑软件需求，软件操作界面主要实现数据采集和系统控制操作，同时配合一些基础软件功能，如系统登录、系统设置、数据分析等主要功能，如图3所示为实现可视化上位机软件，针对摇臂式波浪发电装置的特点设计的上位机操作软件。

2.2 波浪位移实测数据分析

图4为利用上位机软件采集的幅值为9 cm，波长为4.262 4 m时的谱分析曲线。分析波浪谱曲线可得：当波浪频率为0.6 Hz时，最大的能量为27.72 cm2·s上位机软件可以实时显示采集的数据并进行分析，验证了上位机设计软件的正确性和可行性。

3 结语

本文阐述了上位机摇臂式波浪发电装置的工作原理，以及上位机监控软件设计方式。对上位机软件的使用方法以及硬件设备的连接原理进行了介绍，通过试验采集验证了上位机软件的设计是可行的。

[参考文献]

[1]耿琎.基于因子分析的沿海可再生能源开发结构优化研究[D].大连：大连理工大学，2015.

[2]贺明梅.中国新能源产业发展问题研究[D].长春：吉林大学，2013.

[3]曲娜.能量转换系统对振荡浮子式波浪能发电装置水动力学特性的影响研究[D].青岛：中国海洋大学，2015.

[4]程广福，吴新润.波浪发电直驱式水轮机性能研究[J].国外大电机，2011（4）：67-73.

[5]张伟，刘延俊，李德堂，等.电液伺服波浪发电模拟试验台的仿真研究[J].太阳能学报，2016（3）：570-576.

[6]田帅帅.基于CAN总线的测量系统通信网络的设计[D].太原：中北大学，2011.

[7]肖志鹏.数控系统现场总线实时通信与精确时间同步技术的研究[D].武汉：华中科技大学，2009.

[8]王堃，奚煜，季睿.基于LabVIEW的CAN总线通信系统的设计与实现[J].工业控制计算机，2017（2）：14-15.

[9]李海燕.基于LabVIEW的分布式控制系统研究[D].南京：南京邮电大学，2011.

[10]杨静，袁超.基于LabVIEW的自动化测试软件设计与实现[J].中国现代教育装备，2016（7）：9-12.