CN108050013B - 用于静液储能式液压传动型风力发电机组的控制系统 - Google Patents

用于静液储能式液压传动型风力发电机组的控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于静液储能式液压传动型风力发电机组的控制系统，包括操作层、执行层和控制层，其中，操作层包括工控机和可编程逻辑控制器PLC控制系统，执行层包括主控制模块和多个子控制模块，控制层包括液压型风机发电机系统的多个工作系统，工控机用于显示多个工作系统的工作状态，并且向PLC控制系统发出控制指令，可编程逻辑控制器PLC控制系统用于响应控制指令并且通过主控制模块调用多个子控制模块，对多个工作系统进行控制，本发明按照不同层级以及控制子模块的不同功能划分，不会造成PLC控制系统执行过程出现混淆，使得系统按功能划分的控制子模块之间独立运行，相互之间不会产生影响。

Description

用于静液储能式液压传动型风力发电机组的控制系统
技术领域
本发明属于液压控制系统技术领域，具体涉及一种用于静液储能式液压传动型风力发电机组的PLC控制系统。
背景技术
传统的风力发电机主要是采用齿轮箱式结构，这种传统发电机主要包括风轮、主轴、齿轮箱、发电机和电力电子元器件。
随着技术的不断进步，又出现了液压型风力发电机，这种发电机主要包括风轮、主轴、液压泵、高压管道、低压管道、蓄能器、液压马达、发电机和负载。液压性风力发电机与传统的齿轮箱结构的发电机具有较大差别，这就导致传统发电机的控制机制难以适用于液压性风力发电机。
目前，液压型风力发电机的系统结构没有进行合理的层级划分，系统的内部控制也比较杂乱，很容易导致控制过程出现混淆，会出现控制命令无法正常执行的问题，从而导致发电机系统无法按照指令工作。
针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种用于静液储能式液压传动型风力发电机组的控制系统，能够对静液储能式液压传动型风力发电机进行有效控制，避免出现控制混淆的问题。
一种用于静液储能式液压传动型风力发电机组的控制系统，包括操作层、执行层和控制层，其中，操作层包括工控机和可编程逻辑控制器PLC控制系统，执行层包括主控制模块和多个子控制模块，控制层包括所述静液储能式液压传动型风力发电机组的多个工作系统，工控机用于显示多个工作系统的工作状态，并且向可编程逻辑控制器PLC控制系统发出控制指令，可编程逻辑控制器PLC控制系统用于响应控制指令并且通过主控制模块调用所述多个子控制模块，对多个工作系统进行控制。
进一步地，上述技术方案中，控制指令包括决策命令和设定工作参数，PLC控制系统用于根据决策命令和设定工作参数以及多个工作系统的实际工作参数，通过主控制模块和多个子控制模块对多个工作系统进行控制；
其中，决策命令包括启动命令、运行命令和停止命令。
进一步地，主控制模块以依次循环调用的方式，调用多个子控制模块。
进一步地，根据本发明的上述控制系统的多个工作系统包括刹车系统、液压系统、发电系统、偏航系统和加载系统；
多个子控制模块包括：
刹车控制子模块，用于对刹车系统进行控制；
液压控制子模块，用于对液压系统进行控制；
发电控制子模块，用于对发电系统进行控制；
偏航控制子模块，用于对偏航系统进行控制；以及
加载控制子模块，用于对加载系统进行控制。
进一步地，刹车控制子模块用于在所述可编程逻辑控制器PLC控制系统响应所述工控机的控制指令的条件下，控制刹车系统中的叶尖扰流器和主轴刹车液压站；其中，PLC控制系统用于扫描预先设置的自动触发式刹车状态指示标签和正常工况下停车标签，并根据自动触发式刹车状态指示标签和正常工况下停车标签值，通过刹车控制子模块控制刹车系统进行自动触发式刹车或正常工况下停车；其中，自动触发式刹车状态指示标签的优先级高于所述正常工况下停车标签的优先级。
进一步地，液压控制子模块用于采集液压系统中的液压信息，并在PLC控制系统响应工控机的控制指令的条件下，控制液压系统中的油泵和阀组；其中，液压控制子模块用于根据预先设置的对应多个工作模式的状态标签的值，确定液压系统的工作模式，由液压控制子模块控制液压系统在确定的工作模式下工作。
进一步地，根据本发明的上述控制系统，其特征在于，发电控制子模块用于采集发电系统的电气信号，并在PLC控制系统响应工控机的控制指令通过主控制模块对发电控制子模块进行调用的情况下，发电控制子模块进行转速闭环控制使转速达到预先设定的PID目标值后，发电控制子模块进行并网控制，并且发电控制子模块包括PID控制器；
其中，发电控制子模块用于读取发电系统电器柜的电气参数，并且发电控制子模块用于判断发电系统电气参数是否满足合闸要求，若满足合闸要求，则发电控制子模块读取液压系统的液压马达转速并进行PID计算，若转速低于设定范围时，则发电控制子模块的PID控制器调节液压马达斜盘角；当转速高于设定范围时，发电控制子模块的PID控制器保持液压马达斜盘角的角度值不变，然后PID控制器调节液压马达进油口调节阀的开度，使得转速达到预先设定的PID目标值，发电控制子模块进行所述并网控制；若不满足合闸要求，发电控制子模块则发送分闸指令至发电系统，PLC控制系统结束本次对所述发电控制子模块的调用。
进一步地，根据本发明的上述控制系统，偏航控制子模块用于采集偏航系统的风向信号、风速信号、偏航角度，以及用于控制所述偏航系统的偏航电机组进行偏航以完成对风。
进一步地，根据本发明的上述控制系统，加载控制子模块用于采集加载系统的加载量并控制加载系统的负载箱；
其中，在对负载箱进行控制时，加载控制子模块读取所述负载箱的加载量和与加载模式对应的状态标签；在判断与自动加载对应的状态标签被置位的情况下，则控制所述加载系统进行自动加载；在判断与手动加载对应的状态标签被置位的情况下，则控制所述加载系统进行手动加载；
在控制加载系统进行自动加载时，依据液压系统的液压马达的前后压差和流量，计算负载箱的目标加载量，并将目标加载量传送至所述负载箱；
在控制加载系统进行手动加载时，将用户通过工控机输入的加载量传送至所述负载箱。
借助于本发明的技术方案，能够针对静液储能式液压传动型风力发电机组的特点，将主要控制对象由以往机型的电力电机元器件变为液压泵、阀和马达设备，通过合理划分各个层次以及多个子控制模块，明确了系统中各个实体单元的分工，能够有条不紊地对发电机系统进行控制，让控制命令得到有效执行，避免出现混淆执行的问题。
附图说明
图1为根据本发明实施例的一种用于静液储能式液压传动型风力发电机组的控制系统的框图；
图2为根据本发明实施例的一种用于静液储能式液压传动型风力发电机组的控制系统中主控制模块对各个自控制模块进行调用的流程图；
图3为根据本发明实施例的一种用于静液储能式液压传动型风力发电机组的控制系统中各个子控制模块对各个工作系统进行控制的示意图；
图4为根据本发明实施例的一种用于静液储能式液压传动型风力发电机组的控制系统的架构示意图；
图5为本发明实施例的刹车控制子模块的工作流程图；
图6为本发明实施例的液压控制子模块的工作流程图；
图7为本发明实施例的发电控制子模块的工作流程图；
图8为本发明实施例的发电系统PID分程控制转速闭环结构的示意图；
图9为本发明实施例的偏航控制子模块的工作流程图；
图10为本发明实施例的加载控制子模块的工作流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1为根据本发明实施例的一种用于静液储能式液压传动型风力发电机组的控制系统的框图。
结合图1，一种用于静液储能式液压传动型风力发电机组的PLC控制系统，包括操作层106、执行层1012和控制层1016，其中，操作层106包括工控机102和可编程逻辑控制器PLC控制系统104，执行层1012包括主控制模块108和多个子控制模块1010，控制层1016包括静液储能式液压传动型风力发电机组1014的多个工作系统，工控机102用于显示多个工作系统的工作状态，并且向可编程逻辑控制器PLC控制系统104发出控制指令，可编程逻辑控制器PLC控制系统104用于响应控制指令并且通过主控制模块108调用所述多个子控制模块1010，对多个工作系统进行控制。
进一步地，在一个实施例中，控制指令包括决策命令和设定工作参数，可编程逻辑控制器PLC控制系统104用于根据决策命令和设定工作参数以及多个工作系统的实际工作参数，通过主控制模块108和多个子控制模块1010对多个工作系统进行控制；
其中，决策命令包括启动命令、运行命令和停止命令。
图2为根据本发明实施例的一种用于静液储能式液压传动型风力发电机组的PLC控制系统中主控制模块对各个自控制模块进行调用的流程图。
图3为根据本发明实施例的一种用于静液储能式液压传动型风力发电机组的PLC控制系统中各个子控制模块对各个工作系统进行控制的示意图。
进一步，结合图2和图3，主控制模块以依次循环调用的方式，调用多个子控制模块。
根据本发明的控制系统的多个工作系统包括刹车系统、液压系统、发电系统、偏航系统和加载系统；
多个子控制模块包括：
刹车控制子模块，用于对刹车系统进行控制；
液压控制子模块，用于对液压系统进行控制；
发电控制子模块，用于对发电系统进行控制；
偏航控制子模块，用于对偏航系统进行控制；以及
加载控制子模块，用于对加载系统进行控制。
图4为根据本发明实施例的一种用于静液储能式液压传动型风力发电机组的控制系统的架构示意图。
图5为本发明实施例的刹车控制子模块的工作流程图。
进一步地，结合图4和图5，在一个实施例中，刹车控制子模块在PLC控制系统响应工控机的刹车控制指令的条件下，控制刹车系统中的叶尖扰流器和主轴刹车液压站；其中，PLC控制系统用于扫描预先设置的自动触发式刹车状态指示标签和正常工况下停车标签，每个状态标签对应1或0两种状态，1代表置位，0代表不置位。
并根据自动触发式刹车状态指示标签和正常工况下停车标签值，通过刹车控制子模块控制刹车系统进行自动触发式刹车或正常工况下停车；其中，自动触发式刹车状态指示标签的优先级高于所述正常工况下停车标签的优先级。
当刹车控制子模块被调用时，刹车控制子模块将会判别是自动触发式刹车还是正常工况下停车；
若是自动触发式刹车，刹车控制子模块读取当前温度、压力、风轮转速和风速传感器的检测值，并且刹车控制子模块判定温度、压力、风轮转速和风速传感器检测值是否超限，若温度、压力、风轮转速和风速传感器检测值超限，自动触发式停车状态标签置位1，释放叶尖扰流器，其后主轴刹车液压站，故障报警与显示，若温度、压力、风轮转速和风速传感器检测值未超限，自动触发式停车状态标签置位0，结束本次刹车控制子模块的调用；
若是正常工况下停车，读取当前的停车指令值，判断是否接收到停车指令，若接收到停车指令，正常工况下停车状态标签置位1，释放叶尖扰流器，其后主轴刹车液压站，若未接收到停车指令，正常工况下停车状态标签置位0，结束本次刹车控制子模块的调用。通过这种刹车控制子模块控制主轴刹车液压站驱动刹车片使主轴制动的方式，使刹车操作更加方便灵活、省时省力和节约资源。
图6为本发明实施例的液压控制子模块的工作流程图。
进一步，结合图4和图6，在一个实施例中，液压控制子模块采集液压系统中的液压信息，并在PLC控制系统响应工控机的液压控制子模块控制指令的条件下，控制液压系统中的油泵和阀组；其中，液压控制子模块根据预先设置的对应多个工作模式的状态标签的值，每个状态标签的值对应1或0两种状态，1代表置位，0代表不置位，来确定液压系统的工作模式，由液压控制子模块控制液压系统在确定的工作模式下工作。
液压控制子模块可以控制液压系统在7种工作模式下工作。这些工作模式是根据工艺要求设定的，每个工作模式都对应于一个状态标签。在控制时，液压控制子模块将会判别这些状态标签的置位情况，然后控制液压系统在对应的工作模式下工作，以上的7种工作模式之间互锁，即，每个阶段只执行所设定的一种模式，如果状态标签的置位情况发生变化，则系统切换至当前被置位状态标签所对应的工作模式。
例如，对应于7种工作模式，设置有6个状态标签a,b,c,d,e,f，根据这些标签的置位情况，让风力发电系统在相应的模式下工作。
具体而言,若状态标签a被置位1，则进入泵小循环模式，此时将会启动补油泵，控制油泵，开小循环路阀；
若状态标签b被置位1，则进入泵中循环模式，启动补油泵，控制油泵，开中循环路阀；
若状态标签c被置位1，则进入泵大循环小马达模式，启动补油泵，控制油泵，开大循环路阀和小马达路阀；
若状态标签d被置位1，则进入泵大循环大马达模式，启动补油泵，控制油泵，开大循环路阀和大马达路阀；
若状态标签e被置位1，则进入泵大循环双马达模式，启动补油泵，控制油泵，开大循环路阀、小马达路阀和大马达路阀；
若状态标签f被置位1，则进入泵大循环双马达模式，启动补油泵，控制油泵，开蓄能器路阀；
若状态标签a,b,c,d,e,f均被置位0，进入蓄能器模式，开蓄能器路和小马达路阀。
可以理解的是，通过状态标签的置位情况发生变化，液压系统切换至当前被置位状态标签所对应的工作模式，使液压系统控制更加方便高效。
图7为本发明实施例的发电控制子模块的工作流程图。
图8为本发明实施例的发电系统PID分程控制转速闭环结构的示意图。
进一步，结合图4、图7和图8，发电控制子模块采集发电系统的电气信号，并在PLC控制系统响应工控机的控制指令通过主控制模块对发电控制子模块进行调用的情况下，发电控制子模块进行转速闭环控制使转速达到预先设定的PID目标值后，发电控制子模块进行并网控制，并且发电控制子模块包括PID控制器；
其中，发电控制子模块用于读取发电系统电器柜的电气参数，并且发电控制子模块用于判断发电系统电气参数是否满足合闸要求，若满足合闸要求，则发电控制子模块读取液压系统的液压马达转速并进行PID计算，若转速低于设定值时，则发电控制子模块的PID控制器调节液压马达斜盘角；当转速高于设定值时，发电控制子模块的PID控制器保持液压马达斜盘角的角度值不变，然后PID控制器调节液压马达进油口调节阀的开度，使得转速达到预先设定的PID目标值，发电控制子模块进行所述并网控制；若不满足合闸要求，发电控制子模块则发送分闸指令至发电系统的发电机控制柜，PLC控制系统结束对所述发电控制子模块的调用。
可以理解的是，通过在发电控制子模块中设置PID控制器、转速闭环控制，提高了控制发电系统的精准度。
图9为本发明实施例的偏航控制子模块的工作流程图。
进一步，结合图4和图9，偏航控制子模块采集偏航系统的风向信号、风速信号和偏航角度，以及用于控制所述偏航系统的偏航电机组进行偏航以完成对风。
在调用偏航控制子模块时，偏航控制子模块读取当前的风向和偏航角度，偏航控制子模块判断偏航系统是否自动偏航进行对风，若是自动偏航进行对风，则偏航控制子模块判断偏航方向，并且偏航控制子模块计算偏航角度，根据偏航角度控制偏航电机正转或逆转带动偏航系统的机舱进行偏航，偏航控制子模块判断偏航角度是否达到容许范围，若在范围内则结束调用偏航控制子模块；若不是自动偏航进行对风，则结束调用偏航控制子模块；使得偏航系统的控制更简单快捷。
图10为本发明实施例的加载控制子模块的工作流程图。
进一步，结合图4和图10，根据本发明的上述控制系统，加载控制子模块用于采集加载系统的加载量并控制加载系统的负载箱；
其中，在对负载箱进行控制时，加载控制子模块读取所述负载箱的加载量和与加载模式对应的状态标签；每个状态标签对应1或0两种状态，1代表置位，0代表不置位，在判断与自动加载对应的状态标签被置位的情况下，则控制所述加载系统进行自动加载；在判断与手动加载对应的状态标签被置位的情况下，则控制所述加载系统进行手动加载；
在控制加载系统进行自动加载时，依据液压系统的液压马达的前后压差和流量，计算负载箱的目标加载量，并将目标加载量传送至所述负载箱；
在控制加载系统进行手动加载时，将用户通过工控机输入的加载量传送至所述负载箱。
可以理解的是，通过加载模式对应的状态标签手动加载和自动加载的相互协作，使得加载量与目标加载量更吻合。
综上所述，借助于本发明的技术方案，能够针对静液储能式液压传动型风力发电机的特点，将主要控制对象由以往机型的电力电机元器件变为液压泵、阀和马达设备，通过合理划分各个层次以及多个子控制模块，明确了系统中各个实体单元的分工，能够让对发电机系统的控制有条不紊地进行，让控制命令得到有效执行，避免出现混淆执行的问题，使操作更加方便快捷，省时省力，节约资源。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种用于静液储能式液压传动型风力发电机组的控制系统，其特征在于，包括操作层、执行层和控制层，其中，所述操作层包括工控机和可编程逻辑控制器PLC控制系统，所述执行层包括主控制模块和多个子控制模块，所述控制层包括静液储能式液压传动型风力发电机组的多个工作系统，所述工控机用于显示所述多个工作系统的工作状态，并且向所述可编程逻辑控制器PLC控制系统发出控制指令，所述可编程逻辑控制器PLC控制系统用于响应所述控制指令并且通过所述主控制模块调用所述多个子控制模块，对所述多个工作系统进行控制；
所述多个工作系统包括刹车系统、液压系统、发电系统、偏航系统和加载系统；
所述多个子控制模块包括：
刹车控制子模块，用于对所述刹车系统进行控制；
液压控制子模块，用于对所述液压系统进行控制；
发电控制子模块，用于对所述发电系统进行控制；
偏航控制子模块，用于对所述偏航系统进行控制；以及
加载控制子模块，用于对所述加载系统进行控制；
所述液压控制子模块用于采集所述液压系统中的液压信息，并在所述可编程逻辑控制器PLC控制系统响应所述工控机的控制指令的条件下，控制所述液压系统中的油泵和阀组；其中，液压控制子模块用于根据预先设置的对应多个工作模式的状态标签的值，确定所述液压系统的工作模式，由所述液压控制子模块控制所述液压系统在确定的所述工作模式下工作；
所述液压控制子模块可以控制液压系统在7种工作模式下工作，并且7种工作模式对应设有6个状态标签a,b,c,d,e,f；
状态标签a的值为1处于置位状态时，液压系统进入泵小循环模式，启动补油泵，控制油泵，开小循环路阀；
状态标签b的值为1处于置位状态时，液压系统进入泵中循环模式，启动补油泵，控制油泵，开中循环路阀；
状态标签c的值为1处于置位状态时，液压系统进入泵大循环小马达模式，启动补油泵，控制油泵，开大循环路阀和小马达路阀；
状态标签d的值为1处于置位状态时，液压系统进入泵大循环大马达模式，启动补油泵，控制油泵，开大循环路阀和大马达路阀；
状态标签e的值为1处于置位状态时，液压系统进入泵大循环双马达模式，启动补油泵，控制油泵，开大循环路阀、小马达路阀和大马达路阀；
状态标签f的值为1处于置位状态时，液压系统进入泵大循环双马达模式，启动补油泵，控制油泵，开蓄能器路阀；
状态标签a,b,c,d,e,f的值均为0均处于不置位状态时，进入蓄能器模式，开蓄能器路和小马达路阀。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制指令包括决策命令和设定工作参数，所述可编程逻辑控制器PLC控制系统用于根据所述决策命令和所述设定工作参数以及所述多个工作系统的实际工作参数，通过所述主控制模块和所述多个子控制模块对所述多个工作系统进行控制；
其中，所述决策命令包括启动命令、运行命令和停止命令。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述主控制模块以依次循环调用的方式，调用所述多个子控制模块。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述刹车控制子模块用于在所述可编程逻辑控制器PLC控制系统响应所述工控机的控制指令的条件下，控制所述刹车系统中的叶尖扰流器和主轴刹车液压站；其中，所述可编程逻辑控制器PLC控制系统用于扫描预先设置的自动触发式刹车状态指示标签和正常工况下停车标签，并根据所述自动触发式刹车状态指示标签和所述正常工况下停车标签值，通过刹车控制子模块控制刹车系统进行自动触发式刹车或正常工况下停车；其中，所述自动触发式刹车状态指示标签的优先级高于所述正常工况下停车标签的优先级。
5.据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述发电控制子模块用于采集所述发电系统的电气信号，并在所述可编程逻辑控制器PLC控制系统响应所述工控机的控制指令通过所述主控制模块对所述发电控制子模块进行调用的情况下，所述发电控制子模块进行转速闭环控制使转速达到预先设定的PID目标值后，所述发电控制子模块进行并网控制。
6.据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述发电控制子模块包括PID控制器；
其中，所述发电控制子模块用于读取所述发电系统电器柜的电气参数，并且所述发电控制子模块用于判断所述发电系统电气参数是否满足合闸要求，若满足合闸要求，则所述发电控制子模块读取所述液压系统的液压马达转速并进行PID计算，若转速低于设定范围时，则发电控制子模块的PID控制器调节液压马达斜盘角；当转速高于设定范围时，所述发电控制子模块的PID控制器保持液压马达斜盘角的角度值不变，然后PID控制器调节液压马达进油口调节阀的开度，使得转速达到预先设定的PID目标值，所述发电控制子模块进行所述并网控制；若不满足合闸要求，所述发电控制子模块则发送分闸指令至所述发电系统，所述可编程逻辑控制器PLC控制系统结束本次对所述发电控制子模块的调用。
7.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述偏航控制子模块用于采集所述偏航系统的风向信号、风速信号、偏航角度，以及用于控制所述偏航系统的偏航电机组进行偏航以完成对风。
8.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，
所述加载控制子模块用于采集加载系统的加载量并控制所述加载系统的负载箱；
其中，在对所述负载箱进行控制时，所述加载控制子模块读取所述负载箱的加载量和与加载模式对应的状态标签；在判断与自动加载对应的状态标签被置位的情况下，则控制所述加载系统进行自动加载；在判断与手动加载对应的状态标签被置位的情况下，则控制所述加载系统进行手动加载；
在控制所述加载系统进行自动加载时，依据所述液压系统的液压马达的前后压差和流量，计算负载箱的目标加载量，并将所述目标加载量传送至所述负载箱；
在控制所述加载系统进行手动加载时，将用户通过所述工控机输入的加载量传送至所述负载箱。
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