CN105298758B - 一种风力发电机加速度传感系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种风力发电机加速度传感系统，包括电源电路、微控制器MCU和加速度传感器，DSP处理芯片通过捕获模块捕获加速度传感器输出的两路PWM信号，通过计算PWM信号的占空比得到加速度值；所述加速度传感器还设有安全链硬件复位功能，通过安全链继电器输出作为安全控制器的一个输入信号，当风机振动超限时，加速度传感器的继电器断开，从而控制安全链断开；当振动值在极限值范围内时，要求继电器采用硬件复位。本发明使传递的数据更准确、通讯更稳定可靠，同时可兼容不同厂家的主控PLC；设计安全链硬件复位电路实现了风力发电机组硬件复位安全控制策略。

Description

一种风力发电机加速度传感系统
技术领域
本发明涉及一种风力发电机加速度传感系统，特别涉及基于CANopen通讯协议的加速度传感系统，用于监测风力发电机组X和Y方向的振动加速度值和控制风力发电机组的安全链开闭。
背景技术
风力发电的基本原理是风的动能通过风轮机转换成机械能，再带动发电机发电转换成电能。主导的风力发电机组一般为水平轴式风力发电机，它由叶片、轮毂、增速齿轮箱、发电机、主轴、偏航装置、控制系统、塔架等部件所组成。风轮的作用是将风能转换为机械能，它由气动性能优异的叶片装在轮毂上所组成，低速转动的风轮由增速齿轮箱增速后，将动力传递给发电机。由于采用机械能通过加速箱驱动发电机产生电能，这个过程带有很多产生振动影响旋转部件的正常工作，因此需要对整个风机的振动加速度进行监控。
现有技术中，对于风力发电机组应用到的主要的外部电气设备（例如变频器、变桨驱动器、电网模块等）多数采用CANopen通讯协议与主控PLC进行数据交互，从而使传递的数据更准确、通讯更稳定可靠。但是，现有用于监测风力发电机组X和Y方向的振动加速度计主要包括以下几类，并采用以下方式进行工作：1、现有的一类加速度计采用输出模拟量的方式将加速度值发送到主控PLC，这种方式容易受到电磁干扰，而且不能实现与主控PLC数据的交互。2、另一类采用串口RS232或RS485等通讯接口，其通讯抗干扰能力不及CAN通讯接口，其串口通信协议不易与不同厂家的主控PLC兼容，同时现有的加速度传感系统不满足风力发电机组硬件复位安全控制策略。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种风力发电机加速度传感系统，通过CANopen通讯协议将加速度传感器与主控PLC之间进行数据交换（包括PDO和SDO）；同时，使加速度传感器满足风力发电机组硬件复位安全控制策略。
实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种风力发电机加速度传感系统，包括依次电连接的电源电路、DSP处理芯片和加速度传感器，其特征在于，DSP处理芯片的第一输出接口由CAN总线与主控PLC相连，DSP处理芯片将加速度传感器采集到的加速度值由CAN总线并采用CANopen通讯协议进行传输；DSP处理芯片的第二接口经输出接口电路与安全链控制器相连；主控PLC的数字输出信号接加速度传感系统的安全链输出接口电路；主控PLC的硬件复位信号接输出接口电路。
其中，加速度传感器采用ADXL213完成X和Y方向的加速度值的数据采集；ADXL213加速度传感器将两路加速度值转换为两路PWM信号的占空比；然后通过DSP处理芯片对这两路PWM信号进行捕获，通过相应的滤波器之后得到各个方向的振动加速度值；再采用DSP处理芯片的CAN通讯接口将加速度值每隔10ms发送到主控PLC，采用PCA82C251专用CAN接口芯片实现电平转换；主控PLC根据相应的计算之后实现对整个风机振动数据的监控。
进一步，还设有安全链控制器，它的主要作用是控制加速度传感系统的继电器触点开闭，而继电器触点的开闭信号作为安全链控制器的一个输入信号。当风机振动超限时，加速度传感器的继电器（安全链触点）断开，从而控制安全链断开，确保风机稳定运行；当振动值在极限值范围内时，要求继电器采用硬件复位，以满足风力发电机组安全控制策略；具体方法是采用主控PLC输出一个数字信号控制RS触发器的R端，DSP输出一个数字信号控制RS触发器的S端，然后采用RS触发器的输出端控制安全链触点。
进一步，所述数字信号处理器DSP_F2812首先进行初始化，其内容包括事件管理模块初始化，CAN通讯模块初始化，模数转换模块初始化，主控PLC通过SDO将滤波器参数和紧急极限值发送给DSP，以及时钟设置和中断使能等功能；然后执行对加速度传感器X方向和Y方向输出的PWM信号的捕获工作，经过二阶低通滤波器和二阶高通滤波器后得到实际的振动加速度信号；再对两个加速度信号取均方根值得到总的加速度值，最后将5分钟的加速度均值与加速度极限值进行比较后控制安全链继电器触点的开闭；同时DSP将这些经滤波器处理后的加速度值和状态字通过TPDO每个10ms发送到主控PLC中，主控PLC接收到状态字后通过RPDO将对应的控制字发送到DSP中。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、采用本发明技术方案，使风力发电机组的加速度传感器与主控PLC之间采用CANopen通讯协议进行数据交换（包括PDO和SDO），从而使传递的数据更准确、通讯更稳定可靠，同时可兼容不同厂家的主控PLC。
2、设计安全链硬件复位电路实现了风力发电机组硬件复位安全控制策略。
附图说明
图1是本发明风力发电机加速度传感系统硬件结构方框图。
图2是本发明风力发电机加速度传感系统控制图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1，一种风力发电机加速度传感系统，包括依次电连接的电源电路、DSP(Digital Signal Process即数字信号处理芯片)处理芯片TMS320F2812和加速度传感器，DSP处理芯片获取加速度传感器的数据分析，其第一输出接口由CAN总线与主控PLC相连，DSP处理芯片将加速度传感器的信号CAN总线并采用CANopen通讯协议进行传输；DSP处理芯片的第二接口经输出接口电路与安全控制器相连；主控PLC的硬件复位信号接输出接口电路。
其中，加速度传感器采用ADXL213完成X和Y方向的加速度值的数据采集；ADXL213加速度传感器将两路加速度值转换为两路PWM信号的占空比；然后通过数字信号处理器DSP_F2812对这两路PWM信号进行捕获，通过相应的滤波器之后得到各个方向的加速度值；再采用DSP_F2812的CAN通讯接口将加速度值每隔10ms发送到主控PLC，采用PCA82C251专用CAN接口芯片实现电平转换；主控PLC根据相应的计算之后实现了对整个风机振动加速度数据的监控。
本发明还设有安全链控制器，由其继电器输出作为安全链控制器的一个输入信号，当风机振动超限时，加速度传感器的继电器（安全链触点）断开，从而控制安全链断开，确保风机稳定运行。当振动值在极限值范围内时，主控PLC要求继电器采用硬件复位，以满足风力发电机组安全控制策略。具体方法采用主控PLC输出一个数字信号控制RS触发器的R端，DSP输出一个数字信号控制RS触发器的S端，然后采用RS触发器的输出端控制安全链触点。
参见图2，数字信号处理器DSP_F2812首先进行初始化，其内容包括事件管理模块初始化，CAN通讯模块初始化，模数转换模块初始化，主控通过SDO将滤波器参数和紧急极限值发送给DSP，以及时钟设置和中断使能等功能；然后执行对加速度传感器X方向和Y方向输出的PWM信号的捕获工作，经过二阶低通滤波器和二阶高通滤波器后得到实际的振动加速度信号；再对两个加速度信号取均方根值得到总的加速度值，最后将5分钟的加速度均值与加速度极限值进行比较后控制安全链继电器触点的开闭。同时DSP将这些经滤波器处理后的加速度值和状态字通过TPDO每个10ms发送到主控PLC中，主控PLC接收到状态字后通过RPDO将对应的控制字发送到DSP中。
采用本发明技术方案，使风力发电机组的加速度传感器与主控PLC之间采用CANopen通讯协议进行数据交换（包括PDO和SDO），从而使传递的数据更准确、通讯更稳定可靠，同时可兼容不同厂家的主控PLC。并且，设计安全链硬件复位电路满足了风力发电机组硬件复位安全控制策略。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种风力发电机加速度传感系统，包括依次电连接的电源电路、DSP处理芯片和加速度传感器，其特征在于，DSP处理芯片的第一输出接口由CAN总线与主控PLC相连，DSP处理芯片将加速度传感器采集的加速度值由CAN总线并采用CANopen通讯协议进行传输；DSP处理芯片的第二接口经安全链输出接口电路与安全链控制器相连；主控PLC的数字输出信号接加速度传感系统的安全链输出接口电路；主控PLC的硬件复位信号接安全链输出接口电路；
其中，加速度传感器采用ADXL213完成X和Y方向的加速度值的数据采集；ADXL213加速度传感器将两路加速度值转换为两路PWM信号的占空比；然后通过DSP处理芯片对这两路PWM信号进行捕获，通过相应的滤波器之后得到各个方向的加速度值；再采用DSP处理芯片的CAN通讯接口将加速度值每隔10ms发送到主控PLC，采用PCA82C251专用CAN接口芯片实现电平转换；主控PLC根据相应的计算之后实现了对整个风机振动加速度数据的监控；还设有安全链硬件复位电路，它的主要作用是控制加速度传感系统的继电器触点开闭，而继电器触点的开闭信号作为安全链控制器的一个输入信号；当风机振动超限时，加速度传感系统的继电器断开，从而控制安全链断开；当振动值在极限值范围内时，要求继电器采用硬件复位；具体方法是采用主控PLC输出一个数字信号控制RS触发器的R端，DSP处理芯片输出一个数字信号控制RS触发器的S端，然后采用RS触发器的输出端控制加速度传感系统的继电器触点。
2.根据权利要求1所述风力发电机加速度传感系统，其特征在于，所述DSP处理芯片首先进行初始化，其内容包括事件管理模块初始化，CAN通讯模块初始化，模数转换模块初始化，主控PLC通过SDO将滤波器参数和加速度极限值发送给DSP处理芯片，以及时钟设置和中断使能功能；然后执行对加速度传感器X方向和Y方向输出的PWM信号的捕获工作，经过二阶低通滤波器和二阶高通滤波器后得到实际的振动加速度信号；再对两个加速度信号取均方根值得到总的加速度值；最后将5分钟的加速度均值与加速度极限值进行比较后控制安全链继电器触点的开闭；同时DSP处理芯片将这些经滤波器处理后的加速度值和状态字通过TPDO每隔10ms发送到主控PLC中，主控PLC接收到状态字后通过RPDO将对应的控制字发送到DSP处理芯片中。
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