基于5G+WiFi融合的MES系统无线通讯残余扭力扳手在风电运维中的应用改造

为解决风电运维现场螺栓扭矩管控精度不足、数据采集滞后、联网稳定性差等行业痛点，成都精炬达电子科技有限公司依托自主研发的JD-CSC系列残余扭力扳手，开展基于5G+WiFi融合的MES系统无线通讯残余扭力扳手应用改造项目，通过技术升级实现风电运维螺栓紧固作业全流程数字化管控。现将项目实施情况报告如下：

一、项目背景与改造需求

风电产业作为我国清洁能源体系的核心组成部分，近年来装机规模持续扩大，风电场运维的安全性、精准性要求不断提升。螺栓连接是风力发电机组各部件装配的核心结构，叶片、塔筒、法兰等关键部位的螺栓紧固扭矩直接关系到机组运行安全，若螺栓扭矩偏差超标，可能引发机组振动加剧、部件松动甚至断裂等重大安全事故。

传统风电运维现场螺栓紧固作业普遍采用以下几种方式，存在明显短板：

人工记录模式：采用普通机械扭力扳手作业，扭矩数据由运维人员手写记录，存在错记、漏记、篡改数据等风险，扭矩合格率无法精准追溯，管理成本高；

单机存储模式：部分带存储功能的扭力扳手需要人工现场导出数据，再手动录入MES系统，数据传输滞后，无法实现作业过程实时管控，存在数据脱节问题；

单一网络传输模式：已实现无线联网的扭力扳手多采用单一WiFi或单一4G网络，风电场塔筒内、机舱等区域WiFi信号覆盖不全，4G信号穿透性差、传输延迟高，网络中断导致数据丢失的情况时有发生，联网稳定性无法保障；

残余扭矩管控缺失：传统扭力扳手仅能管控初始紧固扭矩，无法监测螺栓紧固后的残余扭矩，而螺栓受材质应力松弛、装配应力释放等影响，初始扭矩会发生衰减，残余扭矩才是决定连接稳定性的核心指标，现有作业模式无法满足残余扭矩的精准管控要求。

基于行业痛点，成都精炬达电子科技有限公司依托在工业无线传感、扭矩测量领域的技术积累，启动针对风电运维场景的JD-CSC系列残余扭力智能化改造，打造适配风电场复杂环境的、支持5G+WiFi双融合通讯、对接MES系统的数字化残余扭力扳手解决方案。

规格选型：

二、项目改造方案与实施做法

本次改造以JD-CSC系列残余扭力扳手为核心载体，围绕硬件升级、网络融合、系统对接三个核心环节实施改造，具体方案如下：

（一）核心硬件：JD-CSC系列残余扭力扳手改造升级

JD-CSC系列残余扭力扳手是成都精炬达自主研发的高精度扭矩测量工具，本次改造针对风电运维场景特性，优化了硬件参数与功能设计：

保留核心残余扭矩测量功能：采用高精度应变式传感器，测量精度达到[±1%FS]，可直接测量螺栓紧固后的残余扭矩值，替代传统“初始扭矩估算+经验判断"模式，满足风电行业对螺栓最终扭矩状态的管控要求，测量范围覆盖[50N·m-5000N·m]，适配风电发电机组绝大多数螺栓规格需求；

新增低功耗无线传输模块：集成国产5G模组与WiFi 6模组，支持双模组同时在线、链路自动切换，针对风电场复杂电磁环境做了信号抗干扰优化，传输稳定性较单一网络提升[待补充]；

新增本地存储与断点续传功能：扳手内置[16GB]本地存储单元，网络中断时自动缓存作业数据，网络恢复后自动续传至MES系统，避免数据丢失问题；

优化防护与续航设计：外壳采用IP65防护等级，适应风电场户外低温、高湿、多尘的作业环境，内置大容量锂电池，单次充电可支持连续作业[≥10小时]，满足单日运维作业需求。

（二）网络架构：5G+WiFi融合通讯方案设计

针对风电场不同区域信号覆盖特点，项目设计了双链路自动切换的融合通讯架构：

分层覆盖机制：风电场升压站、中控室等已有稳定WiFi覆盖的区域，优先采用WiFi通讯，降低流量成本；塔筒内部、机舱、叶片等WiFi信号无法覆盖或信号较弱的区域，自动切换为5G通讯，依托5G网络的高穿透性、低延迟特性保障数据传输；

链路自动冗余切换：双模组实时监测两条链路的信号强度与传输稳定性，当当前链路信号强度低于阈值或传输中断时，[100ms]内即可完成自动切换，切换过程不中断作业、不丢失数据，实现“无感切换"；

数据加密传输：采用SSL加密传输协议，作业数据从扳手终端传输至风电场本地MES系统，全程数据加密，保障运维数据安全，符合电力行业数据安全管理要求。

（三）系统对接：MES系统数据交互对接开发

为实现螺栓扭矩数据全流程接入风电场现有MES运维管理体系，项目针对性开发了标准化对接接口：

标准化数据格式：按照风电行业MES系统通用数据规范，定义了作业人员、作业时间、螺栓位置、额定扭矩、测量扭矩、合格判定结果等核心数据字段，支持JSON、Modbus TCP等主流数据格式，可快速适配绝大多数风电场在用MES系统；

实时数据上传：每一次扭矩测量完成后，数据立即上传至MES系统，管理人员可在中控室实时查看现场作业进度、扭矩合格情况，实现作业过程可监控、异常可实时预警；

全生命周期追溯：每一颗螺栓的扭矩数据都与机组编号、部位编号、运维人员信息绑定，存入MES系统数据库，可随时调取历史数据，实现螺栓连接全生命周期可追溯，为事故排查、预防性运维提供数据支撑；

移动端作业适配：开发配套小程序，运维人员可通过手机蓝牙连接扳手，现场查看作业任务、核对螺栓位置、确认合格情况，操作更加便捷。

三、项目应用案例：某100MW风电场改造试点

项目完成开发后，在国内某山地100MW风电场开展试点应用，对该风电场20台机组的年度运维螺栓扭矩检测作业采用改造后的JD-CSC系列5G+WiFi融合通讯残余扭力扳手，试点情况如下：

（一）试点基本情况

该风电场位于山地，海拔落差大，部分塔筒位于信号遮挡区域，原有WiFi网络仅覆盖升压站区域，塔筒内部信号强度不足，此前采用人工记录+事后录入模式，单台机组120颗关键螺栓检测需要2名运维人员作业1.5天，数据录入需要额外0.5天，且存在记录错误风险。本次试点投入3台改造后的JD-CSC-3000型残余扭力扳手，覆盖全部20台机组的关键螺栓扭矩检测作业。

（二）试点应用成效

试点过程中，改造后的扭力扳手共完成2400颗关键螺栓的残余扭矩检测，其中发现不合格螺栓[XX颗]，及时进行了复紧处理，提前消除了机组运行安全隐患。风电场运维管理人员反馈，改造后不仅作业效率大幅提升，还实现了扭矩数据从“人工不可控"到“数字化可追溯"的转变，运维管理水平明显提升。

四、常见问题解答

针对行业客户普遍关注的问题，整理解答如下：

（一）改造后的设备是否适配现有风电场MES系统？

成都精炬达提供标准化接口定制开发服务，针对绝大多数主流品牌的风电运维MES系统，都可以在[1-2周]内完成对接调试，若客户MES系统支持开放API接口，对接成本更低、周期更短，对于特殊定制的MES系统，也可通过中间数据库转发的方式实现数据对接，适配绝大多数应用场景。

（二）5G流量成本高吗，风电场没有5G覆盖怎么办？

单台扳手单次作业单颗螺栓仅传输[约1KB]数据，单台扳手月均流量消耗不超过[100MB]，5G流量月成本仅需[十几元]，成本极低；若风电场所在区域确实没有5G信号覆盖，也可以调整为4G+WiFi融合方案，传输稳定性同样优于单一网络方案，不会影响正常使用。

（三）残余扭矩测量和传统初始扭矩测量有什么区别？

传统扭力扳手测量的是紧固过程中的施加扭矩，也就是初始扭矩，螺栓紧固完成后，受螺纹副摩擦力、弹性变形、应力松弛等因素影响，实际作用在螺栓上的残余扭矩会低于初始扭矩，偏差通常在[10%-30%]左右，部分场景偏差更大。只有残余扭矩才是决定螺栓连接稳定性的核心指标，改造后的JD-CSC系列扳手可以直接测量残余扭矩，更符合风电运维的实际安全需求。

（四）设备操作复杂吗，一线运维人员需要培训吗？

设备操作逻辑和传统扭力扳手基本一致，仅增加了数据上传确认步骤，一线运维人员经过[半天]的操作培训即可熟练掌握，配套的移动端操作界面也做了极简设计，降低了学习门槛，不会增加运维人员的作业负担。

五、存在问题与改进方向

（一）当前存在的问题

大扭矩规格产品覆盖不足：当前JD-CSC系列产品最大测量扭矩为5000N·m，针对部分海上风电机组超大尺寸螺栓，还无法满足测量需求，产品规格有待拓展；

智能预警功能有待深化：当前仅实现数据上传与合格判定，尚未基于历史扭矩数据开发螺栓松动趋势预判功能，预防性运维支撑能力有待提升；

大规模推广成本有待降低：当前5G模组采购成本仍高于传统WiFi模组，单台产品成本较非联网产品高[约99.9%]，随着模组产量提升成本有望进一步下降。

（二）下一步改进方向

拓展产品规格系列：加快研发8000N·m、10000N·m规格的大扭矩残余扭力扳手，覆盖海上风电大尺寸螺栓的检测需求；

深化数据分析功能：对接风电场大数据平台，开发螺栓扭矩变化趋势分析、松动预警功能，进一步挖掘数据价值，为风电场预防性运维提供支撑；

优化成本控制：通过规模化生产、核心器件国产化替代进一步降低产品成本，提升产品性价比，扩大市场推广范围；

丰富适配服务：针对不同品牌MES系统整理标准化对接手册，进一步缩短对接周期，降低客户对接成本。

六、总结

基于5G+WiFi融合MES系统通讯的JD-CSC系列残余扭力扳手应用改造，针对风电运维行业扭矩管控的核心痛点，实现了作业流程数字化、数据传输实时化、残余扭矩精准化，试点应用验证了方案的可行性与实用性，能够有效提升风电运维的安全性与管理效率。成都精炬达电子科技有限公司将持续优化产品与方案，为风电行业数字化运维提供更优质的技术支撑。

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