发明内容
本发明要解决的问题是提供一种通过CANopen总线通信实现对变桨系统的控制并读取变桨系统的相关实时数据,为变桨系统在车间的测试和调试的风力发电机组电动变桨距系统,尤其适合兆瓦级变速恒频风力发电机组电动变桨距系统调试。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案包括上位计算机、主站装置和变桨装置;上位计算机通过以太网与主站装置连接,主站装置通过CANopen总线与变桨装置连接;变桨装置将采集到的变桨装置的信息发送给主站装置,主站装置对变桨装置的信息进行处理,用户通过上位计算机实时采集、显示变桨装置信息;用户由上位计算机访问主站装置,通过上位计算机对变桨装置进行控制,变桨装置响应上位计算机操作进行变桨控制。
进一步,所述主站装置包括CANopen总线模块、以太网模块、PLC控制器、数字量输入模块、数字量输出模块、PLC电源模块和总线末端模块;所述以太网模块通过以太网与上位计算机连接;所述CANopen总线模块、以太网模块、PLC控制器、数字量输入模块、数字量输出模块通过EtherCAT总线通信。
进一步,所述变桨装置包括TPM电源管理模块、桨叶控制模块组、直流伺服电机和限位开关;TPM电源管理模块对变桨装置的输入电源进行滤波和防雷处理,对所有主站装置与变桨装置间连接电缆进行保护;所述数字量输入模块、数字量输出模块经过TPM电源管理模块连接变桨装置;所述桨叶控制模块组包括不低于三个控制模块PCM,控制模块PCM独立驱动直流伺服电机通过减速器及桨叶轴承控制桨叶变桨,使桨叶转动到指定位置。
进一步,所述直流伺服电机设置编码器。
进一步,所述桨叶控制模块组包括主控制模块PCM和其他控制模块PCM,其他控制模块PCM不低于一个;所述主控制模块PCM通过CANopen总线与主站装置通信,实现与变桨系统的通讯;其他控制模块PCM通过RS485现场总线与主控制模块PCM通信。
进一步,所述限位开关是91度限位开关和95度限位开关;桨叶紧急顺桨到91度限位处立刻停止动作,95度限位开关是冗余保护装置。
进一步,所述变桨装置还包括变桨电池箱EPU,所述变桨电池箱EPU与控制模块PCM模块连接,在变桨系统故障或外部电源丢失时为伺服电机供电,驱动桨叶到安全顺桨位置。
进一步,所述变桨装置还包括电阻,所述电阻与控制模块PCM连接,为变桨装置限流、分压。
本发明一种风力发电机组变桨距系统调试方法,其步骤如下:
步骤一:使用软件对主站装置的软件进行组态;
步骤二:上位计算机通过以太网与主站PLC控制器通讯;
步骤三:主站装置通过CANopen通讯采集变桨装置的数据;
步骤四:主站装置通过数字量输入模块和数字量输出模块读取、控制变桨重要硬接点信号;
步骤五:用户通过上位计算机对步骤三和步骤四的数据进行故障判断;
步骤六:如果无故障情况下,用户通过上位计算机对变桨装置进行控制。
本发明具有的优点和积极效果是:由于采用上述技术方案,使调试装置体积小、操作简便;使用以太网连接上位计算机与主站装置,安全可靠;使用CANopen总线通信的PDO和SDO两种方式与变桨距装置交换数据,及时准确;对于本发明,调试人员可以快速掌握操作方法,并可以熟练操作本装置;调试时间只需要一名调试人员使用本发明在5分钟内即可完成变桨装置的功能测试;只要拥有普通的调试工作能力便可以对本发明进行操作;简化了调试步骤、具有结构简单、维修方便,降低了务工成本、调试效率高的优点。
具体实施方式
如图1所示,本发明以对三个桨叶的测试为例,具体技术方案包括上位计算机、主站装置、变桨装置;上位计算机通过以太网与主站装置连接,主站装置通过CANopen总线与变桨装置连接;变桨装置将采集到的变桨装置的信息发送给主站装置,主站装置对变桨装置的信息进行处理,用户通过上位计算机实时采集、显示变桨装置信息;用户由上位计算机访问主站装置,通过上位计算机对变桨装置进行控制,变桨装置响应上位计算机操作进行变桨控制。
进一步,所述主站装置包括CANopen总线模块、以太网模块、PLC控制器、数字量输入模块、数字量输出模块、PLC电源模块、总线末端模块;所述以太网模块通过以太网与上位计算机连接;所述CANopen总线模块、以太网模块、PLC控制器、数字量输入模块、数字量输出模块通过EtherCAT总线通信。
进一步,所述变桨装置包括TPM电源管理模块、桨叶控制模块组、直流伺服电机1、限位开关2;TPM电源管理模块对变桨装置的输入电源进行滤波和防雷处理,对所有主站装置与变桨装置间连接电缆进行保护;所述数字量输入模块、数字量输出模块经过TPM电源管理模块连接变桨装置;所述桨叶控制模块组包括不低于三个控制模块PCM,控制模块PCM独立驱动直流伺服电机1通过减速器及桨叶轴承控制桨叶变桨,使桨叶转动到指定位置。
进一步,所述直流伺服电机1设置编码器。
进一步,所述桨叶控制模块组包括主控制模块PCM4和其他控制模块PCM5,其他控制模块PCM5不低于一个;所述主控制模块PCM4通过CANopen总线与主站装置通信,实现与变桨系统的通讯;其他控制模块PCM5通过RS485现场总线与主控制模块PCM4通信。
进一步,所述限位开关2是91度的限位开关和95度的限位开关;桨叶紧急顺桨到91度限位开关处立刻停止动作,95度的限位开关是冗余保护装置。
进一步,所述变桨装置还包括变桨电池箱EPU3,所述变桨电池箱EPU3与控制模块PCM模块连接,在变桨系统故障或外部电源丢失时为伺服电机供电,驱动桨叶到安全顺桨位置。
进一步,所述变桨装置还包括电阻,所述电阻与控制模块PCM连接,为变桨装置限流、分压。
上位计算机通过TCP/IP协议可以实现上位计算机对主站装置的远程操作、资源共享及网络化;主站装置包括PLC控制器、PLC电源模块、CANopen总线模块、数字量输入模块、数字量输出模块、以太网模块和总线末端模块,所述PLC控制器、PLC电源模块、CANopen总线模块、数字量输入模块、数字量输出模块、以太网模块、总线末端模块之间通过EtherCAT总线通信,完成对整个系统的控制;变桨装置是变桨距控制的终端,主要由桨叶控制模块、直流伺服电机1、电机编码器、温度传感器6、限位开关2及变桨电池箱EPU3等组成,完成物理量的检测与上传、接收并执行主站装置的命令,实现整个变桨系统的安全可靠运行。
所述上位计算机:使用普通的PC机即可,使用标准网线连接RJ45接口与PLC控制器通信,通过远程登录软件CERHOST对PLC控制器进行访问;
所述主站组成:PLC控制器采用Beckhoff的CX1020-0111,PLC电源模块采用CX1100-0004,CANopen总线模块采用EL6751进行通讯,根据系统输入和输出点数,配置一个8通道的数字量输入模块EL1008和一个8通道的数字量输出模块EL2008,模块之间采用EtherCAT总线通讯。
所述变桨系统主要组成:美国Windurance公司的三桨叶独立控制的直流变桨系统轴箱,复励式直流伺服电机1,控制模块PCM采用绝对值+增量值的电机编码器,智能充电与管理功能的变桨电池箱EPU3等。
TPM电源管理模块采用3相400VAC及230VAC交流电源经开关控制给变桨系统供电;同时,为了给本发明提供电源和为变桨装置的硬接线提供有源信号,配置一个230VAC/24VDC(5A)的开关电源;控制器经数字量输出模块的触发继电器,控制变桨系统紧急顺桨EFC信号和Bypass信号;PLC控制器经过数字量输入模块监测变桨装置的Watchdog信号、主轴转速信号、变桨小故障信号、电池电压信号及桨叶在顺桨位的硬接线输入信号,控制程序作出判断处理后,对变桨装置进行相应的控制。
风力发电机组变桨距系统调试方法的工作步骤如下:
步骤一:使用软件对主站装置的软件进行组态;
步骤二:上位计算机通过以太网与主站PLC控制器通讯;
步骤三:主站装置通过CANopen通讯采集变桨装置的数据;
步骤四:主站装置通过数字量输入模块和数字量输出模块读取、控制变桨重要硬接点信号;
步骤五:用户通过上位计算机对步骤三和步骤四的数据进行故障判断;
步骤六:如果无故障情况下,用户通过上位计算机对变桨装置进行控制。
本实例的具体工作过程如下:使用Beckhoff的TwinCAT软件对主站装置的软件进行组态,程序使用符合IEC61131-3标准的ST语言编写,根据变桨装置信息及操作习惯设计调试平台人际界面,程序编译后下载到PLC控制器并生成自启动Boot文件。调试人员通过上位计算机,使用远程登录软件CERHOST登录PLC控制器,对变桨距装置进行一系列的操作。
运行遵循下面的顺序:与变桨距装置通信建立后,通过CANopen总线通信从变桨距装置读取的数据包括:状态字(系统状态字,桨叶状态字及电池箱状态字),当前测量值(桨叶A、B编码器位置值,温度值,电机电流、扭矩值等),故障字(变桨距装置故障字,桨叶故障字,电池箱故障字等)及数字量输入信号、数字量输出信号等。此外,结合数字量输入模块和数字量输出模块读取的变桨装置硬接线信号(EFC、变桨看门狗,转速OK等)的数据,可以了解到变桨距装置的当前状态。同时,在变桨距装置无故障情况下激活变桨后,用户通过人机界面可以对变桨装置进行如下操作:三桨叶同步移动,单桨叶移动,三桨叶sin曲线自动运行,设置桨叶的直流伺服电机1的编码器参考值及其他变桨装置的功能测试。PLC控制器软件控制逻辑遵循变桨装置状态机。调试软件属于事件触发方式,其可以实现的功能包括:
可以进行CANopen总线通信PDO方式,及时接收变桨距装置的状态字和发送给变桨距装置的控制字;
通过不同颜色显示变桨距装置的状态字和故障字,快速确定系统状态;
可以通过CANopen总线通信SDO方式,读取电池箱每块电池的电压、内阻、温度及电池状态;
可以通过数字量输入信号监测变桨距装置的安全信息;
可以通过数字量输出信号的控制变桨EFC和Bypass信号;
可以控制变桨三桨叶或单桨叶手动运行;
可以控制变桨距装置在指定角度范围内自动运行;
可以显示电机编码器测量值波形,便于对角度值进行直观分析;
可以设置电机编码器参考值。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。