CN105257474A - 一种手动变桨控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种手动变桨控制系统，包括硬件部分和软件部分；所述硬件部分包括电源模块、伺服驱动器、旋钮开关、按钮开关和指示灯，所述软件部分包括手动变桨模块、手动开桨模块、手动收桨模块、桨叶角度校零模块、桨叶角度为0°位置指示模块和桨叶角度为92°位置指示模块。本发明不需要维护人员将手动变桨操作盒放到风机塔顶的轮毂上，提高了变桨效率，减轻了维护人员的劳动强度。
Description
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种控制风力发电机叶片变桨的系统。
背景技术
在风力发电技术领域，风力发电机叶片变桨是十分重要的技术要求，在兆瓦级大型风机变桨系统维护中手动变桨控制必不可少的环节。
授权公告号为CN202031775U，授权公告日为2011年11月9日的中国实用新型专利公开了一种兆瓦级风力发电机组变桨控制装置，解决了现有技术存在的影响机组的运行寿命和安全运行等问题，包括机舱控制器及变桨控制系统，其技术要点是：变桨控制系统中以包含通过信号电缆连接的变桨控制器和独立监测装置的变桨主控柜作为变桨主控单元，并由变桨电池柜、伺服控制柜、变桨电机组成三个桨叶的变桨执行单元；机舱控制器将统一的桨角给定值发送到变桨控制器；变桨主控柜与三个桨叶的变桨执行单元连接，并发送独立变桨信号给相应的伺服控制柜。其结构设计合理，变桨控制准确，实时监测桨距角调节，消除风电机组风轮运行的轴向振动，增加机组安全链的保护环节，有效地提升风电机组超速保护能力，使风电机组的运行更加可靠、稳定。
现有的手动变桨控制是依赖手动变桨操作盒进行手动变桨的，这种变桨方式需要维护人员将手动变桨操作盒放到风机塔顶的轮毂上，再将手动变桨操作盒的插头插在变桨控制柜的相关位置上才能控制变桨。这种变桨控制方式给维护人员带来了很多不便之处，变桨效率低，劳动强度大，而且在不断运送和插拔可能造成变桨操作盒损坏，提高了维护成本。
发明内容
为了克服上述采用手动变桨操作盒进行变桨存在的变桨效率低，劳动强度大的缺陷，本发明提供了一种手动变桨控制系统，通过该变桨控制系统就不需要维护人员将手动变桨操作盒放到风机塔顶的轮毂上，提高了变桨效率，减轻了维护人员的劳动强度。
为了达到上述技术目的，本发明采用的技术方案是：
一种手动变桨控制系统，其特征在于：包括硬件部分和软件部分；所述硬件部分包括电源模块、伺服驱动器、旋钮开关、按钮开关和指示灯，所述电源模块能够将交流电转为直流电，所述旋钮开关和按钮开关的输入端连接在电源模块的输出端上，所述旋钮开关和按钮开关的输出端连接在伺服驱动器的输入端上，所述指示灯连接在伺服驱动器的输出端上；所述软件部分包括手动变桨模块、手动开桨模块、手动收桨模块、桨叶角度校零模块、桨叶角度为0°位置指示模块和桨叶角度为92°位置指示模块，所述手动变桨模块用于控制变桨系统进入手动变桨模式，所述手动开桨模块用于控制桨叶开桨，所述手动收桨模块用于控制桨叶收桨，所述桨叶角度校零模块用于桨叶角度校零，所述桨叶角度为0°位置指示模块用于指示桨叶角度到达0°位置，所述桨叶角度为92°位置指示模块用于指示桨叶角度到达92°位置。
所述按钮开关有三个，分别为SB1、SB2和SB3；所述指示灯有两个，分别为HL1和HL2；所述伺服驱动器上设置有DI1、DI2、DI3、DI4和DI-GND五个输入端，U、V、W、DO1、DO2和DO-GND六个输出端以及反馈信号采集端；所述电源模块的正极连接在SB1、SB2和SB3的输入端上，所述电源模块的负极连接在伺服驱动器的输入端DI-GND上，所述SB1、SB2和SB3的输出端分别连接在伺服驱动器的输入端DI2、DI3和DI4上，所述伺服驱动器的输出端U、V和W连接在变桨电机上，所述变桨电机还与伺服驱动器的反馈信号采集端相连，所述伺服驱动器的输出端DO1和DO2分别连接在HL1和HL2的输入端上，所述HL1和HL2的输出端连接在伺服驱动器的输出端DO-GND上。
所述手动变桨模块具体控制流程为：
步骤1：开启旋钮开关；
步骤2：判断DI1信号是否等于1，如果为1则为高电平，进入步骤3，如果不为1则进入步骤4；
步骤3：切换变桨模式为手动变桨模式，手动变桨模式为最高级别控制模式，其他任何情况下不会使变桨系统运行，其他控制模式无效；
步骤4：变桨模式转换结束。
所述手动开桨模块具体控制流程为：
步骤1：开启旋钮开关；
步骤2：判断DI1信号是否等于1，如果为1则为高电平，进入步骤3，如果不为1则进入步骤7；
步骤3：切换变桨模式为手动变桨模式，手动变桨模式为最高级别控制模式，其他任何情况下不会使变桨系统运行，其他控制模式无效；
步骤4：按下按钮开关SB1；
步骤5：判断DI2信号是否等于1，如果为1则为高电平，进入步骤6，如果不为1则进入步骤3；
步骤6：伺服驱动器控制变桨电机控制桨叶朝着开桨方向运行；
步骤7：开桨动作结束。
所述手动收桨模块具体控制流程为：
步骤1：开启旋钮开关；
步骤2：判断DI1信号是否等于1，如果为1则为高电平，进入步骤3，如果不为1则进入步骤7；
步骤3：切换变桨模式为手动变桨模式，手动变桨模式为最高级别控制模式，其他任何情况下不会使变桨系统运行，其他控制模式无效；
步骤4：按下按钮开关SB2；
步骤5：判断DI3信号是否等于1，如果为1则为高电平，进入步骤6，如果不为1则进入步骤3；
步骤6：伺服驱动器控制变桨电机控制桨叶朝着收桨方向运行；
步骤7：收桨动作结束。
所述桨叶角度校零模块具体控制流程为：
步骤1：开启旋钮开关；
步骤2：判断DI1信号是否等于1，如果为1则为高电平，进入步骤3，如果不为1则进入步骤7；
步骤3：切换变桨模式为手动变桨模式，手动变桨模式为最高级别控制模式，其他任何情况下不会使变桨系统运行，其他控制模式无效；
步骤4：按下按钮开关SB3；
步骤5：判断DI4信号是否等于1，如果为1则为高电平，进入步骤6，如果不为1则进入步骤3；
步骤6：伺服驱动器将桨叶角度设置为0°，并控制DO1输出24V电压；
步骤7：桨叶角度校零动作结束。
所述桨叶角度为0°位置指示模块具体控制流程为：
步骤1：检测桨叶角度是否为0°，为0°则进入步骤2，不为0°则进入步骤3；
步骤2：伺服驱动器控制DO1输出电压，点亮HL1；
步骤3：结束。
所述桨叶角度为92°位置指示模块具体控制流程为：
步骤1：检测桨叶角度是否为92°，为92°则进入步骤2，不为92°则进入步骤3；
步骤2：伺服驱动器控制DO2输出电压，点亮HL2；
步骤3：结束。
开桨方向是将风机叶片的角度从92度安全位置向0度对风位置调整，0度受风力面积最大。收桨方向是将风机叶片的角度从0度对风位置向92度安全位置调整。开桨就是把桨叶打开，收桨就是把桨叶收起的意思。变桨就是改变桨叶角度。在停机时和遇到极限大风时需把桨叶收起来，是为了安全，减小受力面积，防止大风把风机吹倒。
桨叶零度校准是为了校准最大受风面，桨叶角度92°是最小受风面。所以在指示出最大最小受风面设置即可，其它位置不需要特别指示。
变桨电机和桨叶是通过齿轮箱连一起的，所以转动变桨电机就相当于调整了桨叶角度。
伺服驱动器是驱动变桨电机的装置，而伺服驱动器本身可接收外部指令或信号，完成驱动变桨电机这一动作，变桨电机和桨叶是连在一起的，所以能控制桨叶角度的变化。伺服驱动器能收到手动变桨、快转、慢转等指令，所有不需要独立的控制盒了。
伺服驱动器具有数字量（24V）输入接口，伺服驱动器自身具有检查DI1、DI2、DI3和DI4信号是否等于1的功能；通过变桨电机后面的编码器反馈信号可以检测桨叶角度，这个角度反馈值是通过反馈线实时传递给伺服驱动器的，一般是SSI绝对值编码器信号。从而可以判断桨叶角度是否为0°和92°。
本发明具有以下优点：
本发明提供的控制系统的硬件部分只有电源模块、旋钮开关、按钮开关、指示灯与伺服驱动器整个结构简单，造价低，易于连接和操作。通过本发明控制变桨不需要维护人员将电脑或手动变桨盒运送至风机塔顶上，减轻了维护人员的劳动量，相应的也就提高了变桨效率。整个系统控制简单方便。
附图说明
图1为本发明硬件部分连接结构示意图；
图2为本发明手动变桨模块具体控制流程图；
图3为本发明手动开桨模块具体控制流程图；
图4为本发明手动收桨模块具体控制流程图；
图5为本发明桨叶角度校零模块具体控制流程图；
图6为本发明桨叶角度为0°位置指示模块具体控制流程图；
图7为本发明桨叶角度为92°位置指示模块具体控制流程。
具体实施方式
本发明公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明包括硬件部分和软件部分；
硬件部分如图1所示，其包括电源模块G1、伺服驱动器、旋钮开关S1、按钮开关和指示灯，所述电源模块能够将交流电转为直流电，所述旋钮开关和按钮开关的输入端连接在电源模块的输出端上，所述旋钮开关和按钮开关的输出端连接在伺服驱动器的输入端上，所述指示灯连接在伺服驱动器的输出端上。电源模块G1为将230VAC转化为24VDC的电源模块，电源模块G1为手动变桨装置提供24VDC激励信号源，电源模块G1与风电变桨控制柜内230VAC信号连接。电源模块为控制柜内24V电源，一般变桨系统都具有这一电源模块，不需特别提供。
所述按钮开关有三个，分别为SB1、SB2和SB3；所述指示灯有两个，分别为HL1和HL2；所述伺服驱动器上设置有DI1、DI2、DI3、DI4和DI-GND五个输入端，U、V、W、DO1、DO2和DO-GND六个输出端以及反馈信号采集端；所述电源模块的正极连接在SB1、SB2和SB3的输入端上，所述电源模块的负极连接在伺服驱动器的输入端DI-GND上，所述SB1、SB2和SB3的输出端分别连接在伺服驱动器的输入端DI2、DI3和DI4上，所述伺服驱动器的输出端U、V和W连接在变桨电机上，所述变桨电机还与伺服驱动器的反馈信号采集端相连，所述伺服驱动器的输出端DO1和DO2分别连接在HL1和HL2的输入端上，所述HL1和HL2的输出端连接在伺服驱动器的输出端DO-GND上。
所述软件部分包括手动变桨模块、手动开桨模块、手动收桨模块、桨叶角度校零模块、桨叶角度为0°位置指示模块和桨叶角度为92°位置指示模块，所述手动变桨模块用于控制变桨系统进入手动变桨模式，所述手动开桨模块用于控制桨叶开桨，所述手动收桨模块用于控制桨叶收桨，所述桨叶角度校零模块用于桨叶角度校零，所述桨叶角度为0°位置指示模块用于指示桨叶角度到达0°位置，所述桨叶角度为92°位置指示模块用于指示桨叶角度到达92°位置。
如图2所示，所述手动变桨模块具体控制流程为：
步骤1：开启旋钮开关S1；
步骤2：判断DI1信号是否等于1，如果为1则为高电平，进入步骤3，如果不为1则进入步骤4；
步骤3：切换变桨模式为手动变桨模式，手动变桨模式为最高级别控制模式，其他任何情况下不会使变桨系统运行，其他控制模式无效；
步骤4：变桨模式转换结束。
如图3所示，所述手动开桨模块具体控制流程为：
步骤1：开启旋钮开关S1；
步骤2：判断DI1信号是否等于1，如果为1则为高电平，进入步骤3，如果不为1则进入步骤7；
步骤3：切换变桨模式为手动变桨模式，手动变桨模式为最高级别控制模式，其他任何情况下不会使变桨系统运行，其他控制模式无效；
步骤4：按下按钮开关SB1；
步骤5：判断DI2信号是否等于1，如果为1则为高电平，进入步骤6，如果不为1则进入步骤3；
步骤6：伺服驱动器控制变桨电机控制桨叶朝着开桨方向运行；
步骤7：开桨动作结束。
如图4所示，所述手动收桨模块具体控制流程为：
步骤1：开启旋钮开关；
步骤2：判断DI1信号是否等于1，如果为1则为高电平，进入步骤3，如果不为1则进入步骤7；
步骤3：切换变桨模式为手动变桨模式，手动变桨模式为最高级别控制模式，其他任何情况下不会使变桨系统运行，其他控制模式无效；
步骤4：按下按钮开关SB2；
步骤5：判断DI3信号是否等于1，如果为1则为高电平，进入步骤6，如果不为1则进入步骤3；
步骤6：伺服驱动器控制变桨电机控制桨叶朝着收桨方向运行；
步骤7：收桨动作结束。
如图5所示，所述桨叶角度校零模块具体控制流程为：
步骤1：开启旋钮开关；
步骤2：判断DI1信号是否等于1，如果为1则为高电平，进入步骤3，如果不为1则进入步骤7；
步骤3：切换变桨模式为手动变桨模式，手动变桨模式为最高级别控制模式，其他任何情况下不会使变桨系统运行，其他控制模式无效；
步骤4：按下按钮开关SB3；
步骤5：判断DI4信号是否等于1，如果为1则为高电平，进入步骤6，如果不为1则进入步骤3；
步骤6：伺服驱动器将桨叶角度设置为0°，并控制DO1输出24V电压；
步骤7：桨叶角度校零动作结束。
如图6所示，所述桨叶角度为0°位置指示模块具体控制流程为：
步骤1：检测桨叶角度是否为0°，为0°则进入步骤2，不为0°则进入步骤3；
步骤2：伺服驱动器控制DO1输出电压，点亮HL1；
步骤3：结束。
如图7所示，所述桨叶角度为92°位置指示模块具体控制流程为：
步骤1：检测桨叶角度是否为92°，为92°则进入步骤2，不为92°则进入步骤3；
步骤2：伺服驱动器控制DO2输出电压，点亮HL2；
步骤3：结束。
Claims (8)
1.一种手动变桨控制系统，其特征在于：包括硬件部分和软件部分；所述硬件部分包括电源模块、伺服驱动器、旋钮开关、按钮开关和指示灯，所述电源模块能够将交流电转为直流电，所述旋钮开关和按钮开关的输入端连接在电源模块的输出端上，所述旋钮开关和按钮开关的输出端连接在伺服驱动器的输入端上，所述指示灯连接在伺服驱动器的输出端上；所述软件部分包括手动变桨模块、手动开桨模块、手动收桨模块、桨叶角度校零模块、桨叶角度为0°位置指示模块和桨叶角度为92°位置指示模块，所述手动变桨模块用于控制变桨系统进入手动变桨模式，所述手动开桨模块用于控制桨叶开桨，所述手动收桨模块用于控制桨叶收桨，所述桨叶角度校零模块用于桨叶角度校零，所述桨叶角度为0°位置指示模块用于指示桨叶角度到达0°位置，所述桨叶角度为92°位置指示模块用于指示桨叶角度到达92°位置。
2.根据权利要求1所述的一种手动变桨控制系统，其特征在于：所述按钮开关有三个，分别为SB1、SB2和SB3；所述指示灯有两个，分别为HL1和HL2；所述伺服驱动器上设置有DI1、DI2、DI3、DI4和DI-GND五个输入端，U、V、W、DO1、DO2和DO-GND六个输出端以及反馈信号采集端；所述电源模块的正极连接在SB1、SB2和SB3的输入端上，所述电源模块的负极连接在伺服驱动器的输入端DI-GND上，所述SB1、SB2和SB3的输出端分别连接在伺服驱动器的输入端DI2、DI3和DI4上，所述伺服驱动器的输出端U、V和W连接在变桨电机上，所述变桨电机还与伺服驱动器的反馈信号采集端相连，所述伺服驱动器的输出端DO1和DO2分别连接在HL1和HL2的输入端上，所述HL1和HL2的输出端连接在伺服驱动器的输出端DO-GND上。
3.根据权利要求2所述的一种手动变桨控制系统，其特征在于：所述手动变桨模块具体控制流程为：
步骤1：开启旋钮开关；
步骤2：判断DI1信号是否等于1，如果为1则为高电平，进入步骤3，如果不为1则进入步骤4；
步骤3：切换变桨模式为手动变桨模式，手动变桨模式为最高级别控制模式，其他任何情况下不会使变桨系统运行，其他控制模式无效；
步骤4：变桨模式转换结束。
4.根据权利要求2所述的一种手动变桨控制系统，其特征在于：所述手动开桨模块具体控制流程为：
步骤1：开启旋钮开关；
步骤2：判断DI1信号是否等于1，如果为1则为高电平，进入步骤3，如果不为1则进入步骤7；
步骤3：切换变桨模式为手动变桨模式，手动变桨模式为最高级别控制模式，其他任何情况下不会使变桨系统运行，其他控制模式无效；
步骤4：按下按钮开关SB1；
步骤5：判断DI2信号是否等于1，如果为1则为高电平，进入步骤6，如果不为1则进入步骤3；
步骤6：伺服驱动器控制变桨电机控制桨叶朝着开桨方向运行；
步骤7：开桨动作结束。
5.根据权利要求2所述的一种手动变桨控制系统，其特征在于：所述手动收桨模块具体控制流程为：
步骤1：开启旋钮开关；
步骤2：判断DI1信号是否等于1，如果为1则为高电平，进入步骤3，如果不为1则进入步骤7；
步骤3：切换变桨模式为手动变桨模式，手动变桨模式为最高级别控制模式，其他任何情况下不会使变桨系统运行，其他控制模式无效；
步骤4：按下按钮开关SB2；
步骤5：判断DI3信号是否等于1，如果为1则为高电平，进入步骤6，如果不为1则进入步骤3；
步骤6：伺服驱动器控制变桨电机控制桨叶朝着收桨方向运行；
步骤7：收桨动作结束。
6.根据权利要求2所述的一种手动变桨控制系统，其特征在于：所述桨叶角度校零模块具体控制流程为：
步骤1：开启旋钮开关；
步骤2：判断DI1信号是否等于1，如果为1则为高电平，进入步骤3，如果不为1则进入步骤7；
步骤3：切换变桨模式为手动变桨模式，手动变桨模式为最高级别控制模式，其他任何情况下不会使变桨系统运行，其他控制模式无效；
步骤4：按下按钮开关SB3；
步骤5：判断DI4信号是否等于1，如果为1则为高电平，进入步骤6，如果不为1则进入步骤3；
步骤6：伺服驱动器将桨叶角度设置为0°，并控制DO1输出24V电压；
步骤7：桨叶角度校零动作结束。
7.根据权利要求2所述的一种手动变桨控制系统，其特征在于：所述桨叶角度为0°位置指示模块具体控制流程为：
步骤1：检测桨叶角度是否为0°，为0°则进入步骤2，不为0°则进入步骤3；
步骤2：伺服驱动器控制DO1输出电压，点亮HL1；
步骤3：结束。
8.根据权利要求2所述的一种手动变桨控制系统，其特征在于：所述桨叶角度为92°位置指示模块具体控制流程为：
步骤1：检测桨叶角度是否为92°，为92°则进入步骤2，不为92°则进入步骤3；
步骤2：伺服驱动器控制DO2输出电压，点亮HL2；
步骤3：结束。
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