[發明專利]一種用于風力發電機組變槳控制系統的板式可編程控制器

有效

• 申請號: 201611043464.6
• 申請日: 2016-11-23
• 公開（公告）號: CN106762414B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 陳熙;仇曉偉;李鵬;許萬甦;趙尊全;馬紅星;李志強
• 申請（專利權）人: 北京華電天仁電力控制技術有限公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04;G05B19/05
• 代理公司: 北京智繪未來專利代理事務所(普通合伙) 11689
• 代理人: 張紅蓮

1.一種用于風力發電機組變槳控制系統的板式可編程控制器，控制器采用雙核控制板式結構，包括主控板和IO板，其特征在于：

所述IO板和主控板采用SPI方式實現通信；

所述IO板負責收發模擬量、數字量數據，將所采集變槳系統運行數據基于SPI通訊上傳至主控板，同時接收主控板下發的模擬量、數字量輸出指令，轉換后將指令輸出至被控設備；

所述主控板接收IO板上傳的變槳系統運行數據，對變槳系統運行數據處理轉換后發送至主控PLC，所述運行數據包括風力發電機組電機運行數據、軸箱環境數據、位置反饋；主控板同時接收風機主控PLC下發的槳葉位置角度控制指令，轉換為槳葉實際應轉動角度并向伺服驅動器下發，實現對葉片位置角度的控制；

所述IO板負責底層數據采集，設定獨立于主控板的故障處理邏輯，和主控板的應用層故障邏輯相互配合達到雙重的故障保護功能。

2.根據權利要求1所述的板式可編程控制器，其特征在于：

所述IO板包括IO板電源單元、通信控制單元、SPI驅動單元、GPIO驅動單元、IO板側SPI-IO驅動單元；

所述IO板電源單元通過電源轉換，為整個IO板提供直流電源；

所述SPI驅動單元設計四路兩線制熱電阻信號采集通道，通過連接PT100溫度傳感器采集變槳系統的溫度數據，通過連接伺服電機SSI編碼器采集葉片轉向、轉速、位置角度數據；

所述GPIO驅動單元設置獨立IO通道，實現有源24V數字量輸入和有源24V數字量輸出；

所述IO板側SPI-IO驅動單元負責和主控板連接通訊，將IO板所采集變槳系統運行數據上傳至主控板；

所述通信控制單元包含IO處理器，分別與IO板電源單元、SPI驅動單元、GPIO驅動單元、IO板側SPI-IO驅動單元相連，負責SPI驅動單元和GPIO驅動單元所執行數據采集任務的調度以及IO板側SPI-IO驅動單元與主控板的主從通信任務處理。

3.根據權利要求2所述的板式可編程控制器，其特征在于：

所述IO處理器設定獨立于主控板的通訊故障診斷處理邏輯，當判斷通訊狀態異常時，將啟用相應故障模式，使風力發電機組整體進入緊急停機狀態，配合主控板故障診斷達到雙重的故障保護功能。

4.根據權利要求3所述的板式可編程控制器，其特征在于：

IO處理器在初始化后檢測底層被控設備上傳的輸入信號是否正常，正常則將所采集數據發送至主控板中主處理器，通過讀取主控板中主處理器指令，檢測主處理器心跳是否正常，正常則執行主處理器輸出指令，繼續循環采集數據；該循環過程中當檢測到底層設備上傳數據異常，判斷下行通信發生故障；或當檢測到主處理器心跳異常，判斷與主處理器發生通信故障，兩類通信故障都將使風力發電機組進入第二故障模式，順槳到90度，保證風力發電機組安全；該第二故障模式下不能自復位。

5.根據權利要求1或4所述的板式可編程控制器，其特征在于：

所述主控板包括主控板電源單元、控制單元、CANopen通信單元、以太網通信單元、主控板側SPI-IO驅動單元；

所述主控板電源單元為主控板提供直流電源；

所述CANopen通信單元負責所述板式可編程控制器和風機主控PLC之間、伺服驅動器之間的通訊，其中通過兩路CANopen從站接口與風機主控PLC通信，通過一路CANopen主站接口與風機伺服驅動器通信；

所述以太網通信單元負責所述板式可編程控制器與上位機之間的通信；

所述主控板側SPI-IO驅動單元負責與IO板連接通信，接收IO板所采集的變槳系統運行數據；

所述控制單元包含主處理器，負責協調IO板與主控板之間以及主控板與風機主控PLC、伺服驅動器之間的通訊及運算控制任務，采用ARM9為主運算核心，接收IO板上傳的變槳系統運行數據，將數據上傳至主控PLC，并接收主控PLC下發的槳葉位置角度控制指令，通過CANopen通信單元發送至伺服驅動器，控制電機啟停進而控制葉片角度變換及轉速，通過主控板側SPI-IO驅動單元發送開關量控制指令至IO板。