CN104181916A - 一种风电机组主控系统待检备件的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组主控系统待检备件的检测方法，包括搭建检测平台并运行该检测平台，根据检测平台的运行情况判定待检备件的质量是否合格。所述检测平台包括PLC控制系统、电源系统以及显示与操作系统，PLC控制系统包括CPU主机模块和与其连接的PLC主站模块、电源管理模块、数字输入模块、数字输出模块、末端模块构成的DP主站系统，以及处理器与通信模块和与其通信连接的数字输出模块、温度采集模块、末端模块构成的DP从站系统，所述PLC各模块中一个或多个为风电机组主控系统的对应待检备件。本发明不仅能同时检测多个风电机组主控系统的待检备件，而且能简便可靠的锁定备件的故障位置，节省了维修工程师时间，提升了运维能力。

Description

一种风电机组主控系统待检备件的检测方法

技术领域

本发明涉及风电机组中电控器件检测领域，特别是涉及一种风电机组主控系统待检备件的检测方法。

背景技术

近年来全球的风电行业出现了井喷式的发展，从原来的600KW、650KW、850KW到现在的6MW，风电行业正在进行着属于风电的新陈代谢，在这个进化的过程中，风电机组的质保、维修、备件、效率成了各个风电场最关心的问题。

早些年中国的风电属于刚刚的起步阶段，风电中的重要部件还需要依托于国外的技术实力，大批的备件都是花着高额的费用引进中国，造成中国的风电机组种类繁多，同时因电控产品长时间运行，发生老化或器件自身出现故障概率增加，为了保障风电机组稳定可靠运行，减少风电场业主的损失，大批的风电场业主开始备件维修。由于风电行业的特殊性，常常造成运行正常的备件返厂，通过仪器仪表检测后并没有查找到故障点，浪费维修工程师时间，增加人工成本。并且随着国内风电行业的兴起，一些进口质保外的机组面临着进口备件难采购甚至无法采购的窘境，这时风电场业主想把大量的废旧备件重新利用进行维修。

风电维修行业是一个新兴行业，技术相对不够成熟，导致维修后产品合格率有限，并且风电行业电气维修的难点更在于怎样检测维修后的电控产品。现有检测技术并没有针对风电行业特殊性设计检测平台，而是运用现有检测设备盲目的查找故障点，增加了维修的时间成本，且检测的项目不够全面，只能做到简易检测。例如现有的技术将主控系统中电控器件的所有测试信号点使用导线焊接出来，然后使用常规仪器：函数信号发生器、示波器、万用表进行信号给定与测量，这样只能对比较容易失效的接口(RS485接口、光耦、TVS、数字芯片)进行筛查。

由此可见，上述现有的风电机组控制系统检测技术显然仍存在有很多的不足，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种针对风电行业特殊性而设计的专业的新的风电机组主控系统待检备件的检测方法，成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种针对风电行业特殊性而设计的专业的风电机组主控系统待检备件的检测方法，使其确保维修检测后的电控产品100％合格，从而克服现有的风电机组控制系统检测技术的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种风电机组主控系统待检备件的检测方法，包括以下步骤：

搭建检测平台，该检测平台包括PLC控制系统、电源系统以及显示与操作系统，所述PLC控制系统包括CPU主机模块和与其通信连接的PLC主站模块、电源管理模块、数字输入模块、数字输出模块、末端模块构成的DP主站系统，以及处理器与通信模块和与其通信连接的数字输出模块、温度采集模块、末端模块构成的DP从站系统，所述DP主站系统的CPU主机模块、PLC主站模块、电源管理模块、数字输入模块、数字输出模块、末端模块以及DP从站系统的处理器与通信模块、数字输出模块、温度采集模块、末端模块中一个或多个为风电机组主控系统的对应待检备件；

运行所述检测平台；

根据检测平台的运行情况判定待检备件的质量是否合格。

作为本发明进一步改进，其包括对所述DP主站系统中的CPU主机模块、PLC主站模块与DP从站系统中的处理器与通信模块的质量检测，具体包括以下步骤：

显示与操作系统向PLC控制系统下发通信指令；

CPU主机模块驱动PLC主站模块将指令传送至DP从站系统的处理器与通信模块；

若处理器与通信模块上的指示灯变亮，则DP主站系统与DP从站系统的单向通信检测合格，且CPU主机模块、PLC主站模块、处理器与通信模块的质量检测均合格；

若处理器与通信模块上的指示灯不亮，则DP主站系统与DP从站系统的单向通信检测不合格，或至少CPU主机模块、PLC主站模块和处理器与通信模块之一质量不合格。

作为本发明进一步改进，其包括对所述DP主站系统中的CPU主机模块、PLC主站模块以及DP从站系统中的处理器与通信模块、温度采集模块的质量检测，具体包括以下步骤：

显示与操作系统向PLC控制系统下发温度采集指令；

CPU主机模块驱动PLC主站模块将指令传送至DP从站系统的处理器与通信模块；

处理器与通信模块驱动温度采集模块进行温度数据的采集；

温度采集模块将采集到的温度数据传送至处理器与通信模块；

处理器与通信模块将数据传递至PLC主站模块；

PLC主站模块再传送至CPU主机模块；

CPU主机模块接收到温度数据，则DP主站系统与DP从站系统双向通信检测合格，且CPU主机模块、PLC主站模块、处理器与通信模块和温度采集模块的质量检测均合格；

CPU主机模块未接收到温度数据，则DP主站系统与DP从站系统双向通信检测不合格，或至少CPU主机模块、PLC主站模块、处理器与通信模块和温度采集模块之一质量不合格。

作为本发明进一步改进，其包括对所述DP主站系统中的CPU主机模块、数字输出模块、数字输入模块和末端模块的质量检测，其具体包括以下步骤：

显示与操作系统向PLC控制系统下发数字输出命令；

CPU主机模块驱动DP主站系统的数字输出模块实现数字接口输出，同时读取数字输入模块的输入接口状态；

若DP主站系统的数字输出模块和数字输入模块上指示灯均变亮，则DP主站系统中CPU主机模块、数字输出模块和数字输入模块的质量均合格；

若DP主站系统的数字输出模块和数字输入模块上的指示灯有一个不亮，则该指示灯对应的模块不合格；

若DP主站系统的数字输出模块和数字输入模块上指示灯均不亮，则CPU主机模块不合格，或DP主站系统的数字输出模块和数字输入模块均不合格；

显示与操作系统显示上述检测完毕，则DP主站系统的末端模块的质量合格。

作为本发明进一步改进，其包括对所述DP从站系统中数字输出模块和末端模块的质量检测，其具体包括以下步骤：

首先进行DP主站系统与DP从站系统的通信质量检测和DP主站系统中数字输出模块的质量检测；

在DP主站系统与DP从站系统的通信质量检测合格及DP主站系统中数字输出模块的质量检测合格后，显示与操作系统向CPU主机模块给定数字信号；

CPU主机模块一方面驱动DP主站系统的数字输出模块实现数字接口输出，另一方面驱动PLC主站模块向DP从站系统发出逻辑信号；

DP从站系统的处理器与通信模块将从DP主站系统获得的信号解码，并使DP从站系统的数字输出模块实现数字量输出；

在显示与操作系统上观察DP主站系统中数字输出模块与DP从站系统中数字输出模块的输出结果是否一致；

若DP主站系统中数字输出模块与DP从站系统中数字输出模块的输出结果一致，则DP从站系统中数字输出模块的质量合格，否则DP从站系统中数字输出模块不合格；

显示与操作系统显示上述检测完毕，则DP主站系统和DP从站系统中末端模块的质量检测均合格。

作为本发明进一步改进，所述显示与通信系统包括工控机和触摸屏，所述工控机通过以态网接口与所述DP主站系统的CPU主机模块连接，所述触摸屏通过VGA显示接口和DB9触摸接口与所述工控机连接。

作为本发明进一步改进，所述电源系统包括24V开关电源和12V开关电源，所述24V开关电源将系统230V/AC转化为24V/DC提供至DP主站系统的电源管理模块、12V开关电源和工控机；所述12V开关电源将输入的24V/DC转化为12V/DC，提供至触摸屏。

作为本发明进一步改进，所述各模块均为倍福PLC模块；所述工控机采用倍福TwinCAT软件。

采用上述的技术方案，本发明至少具有以下优点：

(1)本发明通过搭建并运行检测平台，不仅简便、可靠、而且能同时检测多个风电机组主控系统的待检备件，排除了以往维修检测的弊端，保证检测通过的电控产品100％合格率。

(2)本发明是针对风电行业特殊产品制定专业的检测方案，仅仅需要在触摸屏上触动或者观察电控器件的运行状态便可锁定器件的故障位置，节省了维修工程师的时间。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明PLC控制系统DP主站系统的结构示意图；

图2是本发明PLC控制系统DP从站系统的结构示意图；

图3是本发明风电机组主控系统待检备件的检测平台框架图。

具体实施方式

风电机组电控系统主要包括三部分：变流系统、变桨系统和主控系统。变流系统主要作用是通过变流器将发电机吸收的电能通过AC/DC、DC/AC变化馈送至电网，且保持与电网的相位、频率相同；变桨系统主要作用是通过变桨电机驱动叶片实现变桨动作，变桨的角度与变桨速度由变桨主控系统控制，变桨系统设定多种工况，如紧急停机、故障停机、自然变桨，以确保机组最大效率吸收风能或保障整机安全；主控系统是风电机组的核心部分，相当于人体的大脑，协调变桨系统与变流系统提升整机的发电效率，同时主控系统相对复杂，涉及到整机控制算法、人机交互、信息互联、冷却控制算法等。

本发明通过对风电机组主控系统的深入研究，将主控系统中需要检测的PLC(可编程逻辑控制器)控制系统的各模块结合触摸屏、工控机和开关电源搭建形成检测平台，再通过不同的运行方法运行该检测平台，最后根据检测平台的运行情况判定待检备件的质量是否合格。

本发明搭建的检测平台包括PLC控制系统、显示与操作系统和电源系统，其中PLC控制系统包括DP主站系统和DP从站系统，DP主站系统包括PLC主站模块、CPU主机模块、电源管理模块、数字输入模块、数字输出模块和末端模块，DP从站系统的处理器与通信模块、数字输出模块、温度采集模块和末端模块；上述各模块中一个或多个为风电机组主控系统的待检备件。

作为本发明一实施例，本发明搭建的检测平台中各部件及其连接关系如下：参照附图1可见，DP主站系统包括CX1500-M310倍福(BECKHOFF)PLC主站模块、CX1020-0011倍福CPU主机模块、CX1100-0002倍福电源管理模块、KL1104倍福数字输入模块、KL2134倍福数字输出模块以及KL9010倍福KBUS末端模块。其中，PLC主站模块与CPU主机模块通过PC104总线通信连接，CPU主机模块与电源管理模块、数字输入模块、数字输出模块及末端模块均通过KBUS总线通信连接。当CPU主机模块进行组态时，末端模块用以提示CPU主机模块已完成DP主站系统中所有PLC模块的扫描。其中附图1中所示的CX1020-N031倍福RS485通信模块不为本检测平台待检备件，故不与其它备件具有连接关系。

参照附图2可见，DP从站系统包括BC3150倍福处理器与通信模块、KL2134倍福数字输出模块、KL3204倍福温度采集模块以及KL9010倍福KBUS末端模块。其中，处理器与通信模块和数字输出模块、温度采集模块以及末端模块均通过KBUS总线通信连接。当DP从站系统中处理器与通信模块进行组态时，末端模块用以提示处理器与通信模块已完成DP从站系统中所有PLC模块的扫描。

参照附图3可见，电源系统包括菲尼克斯24V开关电源和12V开关电源，其中24V开关电源能将系统220V/AC转化为24V/DC，提供至DP主站系统的电源管理模块、12V开关电源、研华工控机；12V开关电源能将输入的24V/DC转化为12V/DC，输出提供至触摸屏；电源系统保障该检测平台的能量输入。

显示与操作系统包括触摸屏和研华工控机，其中触摸屏是该检测平台的人机接口，主要实现数据的可视化和与DP主站、DP从站系统的数字输出给定。触摸屏通过VGA显示接口和DB9触摸接口与工控机的相应接口连接。工控机通过运行TwinCAT软件监控整个检测平台的运行情况，通过以态网(Ethernet)接口与DP主站系统CPU主机模块连接，通信协议为TCP/IP协议，用于传输DP主站系统从DP从站系统获得的温度模拟信号、DP主站系统的数字输入模块采集到的数字输入信号以及给定到DP从站系统数字输出模块的数字输出信号。工控机通过编译环境TwinCAT编写人机界面，简化检测流程，保证检测平台的安全可靠运行。

DP主站系统中PLC主站模块还通过Profibus总线与DP从站系统中处理器与通讯模块连接，主要负责DP主站系统与DP从站系统之间的数据交互，DP主站系统与DP从站系统之间通信协议为Profibus。

DP从站系统中温度采集模块还连接有PT100温度传感器。

本发明搭建的检测平台在实际运行时，可根据需要待检备件的不同选择不同的运行方法，各运行方法及具体的运行步骤如下：

(一)对DP主站系统中的CPU主机模块、PLC主站模块与DP从站系统中的处理器与通信模块的质量检测

当触摸屏通过工控机的TwinCAT软件下发通信指令时，CPU主机模块驱动PLC主站模块通过Profibus总线将指令传送至DP从站系统的处理器与通信模块，若处理器与通信模块上指示灯变亮，则DP主站系统与DP从站系统的单向通信检测合格，表明DP主站系统中CPU主机模块和PLC主站模块、DP从站系统中处理器与通信模块的质量检测均合格；若处理器与通信模块上的指示灯不亮，则DP主站系统与DP从站系统的单向通信检测不合格，表明CPU主机模块、PLC主站模块和处理器与通信模块中至少一个模块质量不合格。

(二)DP主站系统中的CPU主机模块、PLC主站模块以及DP从站系统中的处理器与通信模块、温度采集模块的质量检测

当触摸屏通过工控机的TwinCAT软件下发温度采集指令时，CPU主机模块驱动PLC主站模块通过Profibus总线将指令传送至DP从站系统的处理器与通信模块，然后处理器与通信模块通过KBUS总线驱动温度采集模块进行温度数据的采集，温度采集模块将采集到的温度数据传送至处理器与通信模块，处理器与通信模块再通过Profibus总线将数据传递至PLC主站模块，PLC主站模块再传送至CPU主机模块，若CPU主机模块接收到温度数据，则DP主站系统与DP从站系统的双向通信检测合格，表明DP主站系统中CPU主机模块和PLC主站模块、DP从站系统中处理器与通信模块和温度采集模块的质量检测均合格；若CPU主机模块未接收到温度数据，则DP主站系统与DP从站系统双向通信检测不合格，表明CPU主机模块、PLC主站模块、处理器与通信模块和温度采集模块中至少有一个模块质量不合格。

(三)DP主站系统中的CPU主机模块、数字输出模块、数字输入模块和末端模块的质量检测

当触摸屏通过工控机的TwinCAT软件下发数字输出命令时，CPU主机模块通过KBUS总线驱动DP主站系统的数字输出模块实现数字接口输出，同时通过KBUS总线协议读取数字输入模块的输入接口状态，若DP主站系统的数字输出模块和数字输入模块上指示灯均变亮，则DP主站系统中CPU主机模块、数字输出模块和数字输入模块的质量合格；若DP主站系统的数字输出模块和数字输入模块上的指示灯有一个不亮，则该指示灯对应的模块不合格；若DP主站系统的数字输出模块和数字输入模块上指示灯均不亮，则CPU主机模块不合格，或DP主站系统的数字输出模块和数字输入模块均不合格。当然也可通过在触摸屏上观察DP主站系统中数字输出模块和数字输入模块的工作状态，完成对DP主站系统中CPU主机模块、数字输出模块和数字输入模块的检测。当触摸屏上显示上述检测已检测完毕时，表明DP主站系统的末端模块的质量合格。

(四)DP从站系统中数字输出模块和末端模块的质量检测

在上述运行方法(一)或(二)检测得出DP主站系统与DP从站系统的通信质量合格，及运行方法(三)检测得出DP主站中数字输出模块质量合格的基础上，触摸屏通过工控机的TwinCAT软件向DP主站系统中CPU主站模块给定数字信号，CPU主机模块一方面通过KBUS总线驱动DP主站系统的数字输出模块实现数字接口输出，另一方面驱动PLC主站模块向DP从站系统发出高命令，即逻辑信号为“1”，输出24V电压，DP从站系统的处理器与通信模块将通过Profibus总线获得的数据信息进行解码，并使DP从站系统的数字输出模块实现数字量输出；在触摸屏上观察DP主站系统中数字输出模块的输出结果与DP从站系统中数字输出模块的输出结果是否一致，若两者的输出结果一致，表明DP从站系统中数字输出模块质量合格，否则DP从站系统中数字输出模块不合格。当触摸屏上显示上述检测已检测完毕时，表明DP主站系统和DP从站系统中末端模块的质量检测合格。

另外，本发明还可以通过上述检测平台的运行方法(一)至(三)相互结合、相互验证的方式进行检测，最终具体确定到哪个模块不合格，例如：若运行方法(一)检测得到DP主站系统中CPU主机模块和PLC主站模块、DP从站系统中处理器与通信模块的质量检测均合格时，再运行方法(二)，若CPU主机模块未接收到温度数据，则表明温度采集模块不合格。再例如：若运行方法(一)检测得到DP主站系统中CPU主机模块和PLC主站模块、DP从站系统中处理器与通信模块的质量检测均合格时，再运行方法(三)，若DP主站系统的数字输出模块和数字输入模块上指示灯均不亮，则表明DP主站系统的数字输出模块和数字输入模块均不合格。本领域技术人员可根据实际待检备件的需要，通过在检测平台上运行上述方法(一)至(三)中一种或多种来进行检测，以进一步确定待检备件是否合格。

本发明搭建的检测平台中各部件除温度传感器外，可以全部或部分是风电机组中主控系统的待检备件。本发明可根据需要待检备件的不同选择检测平台不同的运行方法，可以同时检测多个备件，大大加快了电控产品的检测，也提高了电控产品维修后检测的合格率。同时通过本发明搭建的检测平台可以对现场运维工程师进行技术培训，提升运维能力，从侧面实现风电机组发电效率的提高。

本发明中CPU主机模块可以方便的对检测平台进行软件升级维护，为维修一些其它厂家的电控产品打下了坚实的技术基础。同时维修工程师能够在短时间内对PLC控制系统进行软件编译，完成接口匹配，在最短时间内具备风电备件维修与检测能力，从而带来可观的经济效益。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种风电机组主控系统待检备件的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

搭建检测平台，该检测平台包括PLC控制系统、电源系统以及显示与操作系统，所述PLC控制系统包括CPU主机模块和与其通信连接的PLC主站模块、电源管理模块、数字输入模块、数字输出模块、末端模块构成的DP主站系统，以及处理器与通信模块和与其通信连接的数字输出模块、温度采集模块、末端模块构成的DP从站系统，所述DP主站系统的CPU主机模块、PLC主站模块、电源管理模块、数字输入模块、数字输出模块、末端模块以及DP从站系统的处理器与通信模块、数字输出模块、温度采集模块、末端模块中一个或多个为风电机组主控系统的对应待检备件；

运行所述检测平台；

根据检测平台的运行情况判定待检备件的质量是否合格。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，其包括对所述DP主站系统中的CPU主机模块、PLC主站模块与DP从站系统中的处理器与通信模块的质量检测，具体包括以下步骤：

显示与操作系统向PLC控制系统下发通信指令；

CPU主机模块驱动PLC主站模块将指令传送至DP从站系统的处理器与通信模块；

若处理器与通信模块上的指示灯变亮，则DP主站系统与DP从站系统的单向通信检测合格，且CPU主机模块、PLC主站模块、处理器与通信模块的质量检测均合格；

若处理器与通信模块上的指示灯不亮，则DP主站系统与DP从站系统的单向通信检测不合格，或至少CPU主机模块、PLC主站模块和处理器与通信模块之一质量不合格。

3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，其包括对所述DP主站系统中的CPU主机模块、PLC主站模块以及DP从站系统中的处理器与通信模块、温度采集模块的质量检测，具体包括以下步骤：

显示与操作系统向PLC控制系统下发温度采集指令；

CPU主机模块驱动PLC主站模块将指令传送至DP从站系统的处理器与通信模块；

处理器与通信模块驱动温度采集模块进行温度数据的采集；

温度采集模块将采集到的温度数据传送至处理器与通信模块；

处理器与通信模块将数据传递至PLC主站模块；

PLC主站模块再传送至CPU主机模块；

CPU主机模块接收到温度数据，则DP主站系统与DP从站系统双向通信检测合格，且CPU主机模块、PLC主站模块、处理器与通信模块和温度采集模块的质量检测均合格；

CPU主机模块未接收到温度数据，则DP主站系统与DP从站系统双向通信检测不合格，或至少CPU主机模块、PLC主站模块、处理器与通信模块和温度采集模块之一质量不合格。

4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，其包括对所述DP主站系统中的CPU主机模块、数字输出模块、数字输入模块和末端模块的质量检测，其具体包括以下步骤：

显示与操作系统向PLC控制系统下发数字输出命令；

CPU主机模块驱动DP主站系统的数字输出模块实现数字接口输出，同时读取数字输入模块的输入接口状态；

若DP主站系统的数字输出模块和数字输入模块上指示灯均变亮，则DP主站系统中CPU主机模块、数字输出模块和数字输入模块的质量均合格；

若DP主站系统的数字输出模块和数字输入模块上的指示灯有一个不亮，则该指示灯对应的模块不合格；

若DP主站系统的数字输出模块和数字输入模块上指示灯均不亮，则CPU主机模块不合格，或DP主站系统的数字输出模块和数字输入模块均不合格；

显示与操作系统显示上述检测完毕，则DP主站系统的末端模块的质量合格。

5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，其包括对所述DP从站系统中数字输出模块和末端模块的质量检测，其具体包括以下步骤：

首先进行DP主站系统与DP从站系统的通信质量检测和DP主站系统中数字输出模块的质量检测；

在DP主站系统与DP从站系统的通信质量检测合格及DP主站系统中数字输出模块的质量检测合格后，显示与操作系统向CPU主机模块给定数字信号；

CPU主机模块一方面驱动DP主站系统的数字输出模块实现数字接口输出，另一方面驱动PLC主站模块向DP从站系统发出逻辑信号；

DP从站系统的处理器与通信模块将从DP主站系统获得的信号解码，并使DP从站系统的数字输出模块实现数字量输出；

在显示与操作系统上观察DP主站系统中数字输出模块与DP从站系统中数字输出模块的输出结果是否一致；

若DP主站系统中数字输出模块与DP从站系统中数字输出模块的输出结果一致，则DP从站系统中数字输出模块的质量合格，否则DP从站系统中数字输出模块不合格；

显示与操作系统显示上述检测完毕，则DP主站系统和DP从站系统中末端模块的质量检测均合格。

6.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述显示与通信系统包括工控机和触摸屏，所述工控机通过以态网接口与所述DP主站系统的CPU主机模块连接，所述触摸屏通过VGA显示接口和DB9触摸接口与所述工控机连接。

7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述电源系统包括24V开关电源和12V开关电源，所述24V开关电源将系统230V/AC转化为24V/DC提供至DP主站系统的电源管理模块、12V开关电源和工控机；所述12V开关电源将输入的24V/DC转化为12V/DC，提供至触摸屏。

8.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述各模块均为倍福PLC模块；所述工控机采用倍福TwinCAT软件。