CN111255630B - 一种应用于风电机组机舱的无线控制系统及运行方法 - Google Patents

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Abstract

一种应用于风电机组机舱的无线控制系统及运行方法，包括无线控制手柄和无线接收器，无线控制手柄包括第一控制器、第一无线收发模块、无线手柄按键、指示灯以及第一电源模块；第一控制器与第一无线收发模块双向连接，无线手柄按键连接第一控制器的输入端，指示灯连接第一控制器的输出端，第一电源模块为整个无线控制手柄供电；无线接收器安装在风电机组机舱内，无线接收器包括第二控制器、第二无线收发模块和驱动模块，第二控制器与第二无线收发模块双向连接，第二控制器的输出端连接驱动模块的输入端；第二电源模块为整个无线接收器供电；驱动模块的输出端连接机舱控制器，无线手柄的操作可由一人单独完成，操作更加便捷，一个风场配备1‑2台，还能提高工作效率。

Description

一种应用于风电机组机舱的无线控制系统及运行方法
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种应用于风电机组机舱的无线控制系统及运行方法。
背景技术
风电调试维护作业需要使用风电机组的机舱控制手柄。机舱控制手柄安装在风电机舱柜，是风机控制系统的重要辅件，可以实现偏航、叶轮锁定、变桨等多项功能，同时可以便捷的体现叶轮锁定状态。该方案的缺点是电缆连线较长，使用和存放时候电缆都比较影响正常工作。机舱手柄一台风机配备一个，成本较高。
另外，风电调试作业有如下特点，一是工作空间分散，调试及维护作业都是塔上和塔下、轮毂内和轮毂外人员的合作配合；二是旋转部件较多，部分旋转部位和固定部位有通讯需求，而且旋转部件需要安全防护。目前的有线手柄方案不能很好的支撑风电调试作用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种应用于风电机组机舱的无线控制系统及运行方法，在机舱进行调试和维护时，采用无线手柄操作一人单独就能完成，操作更加便捷，一个风场配备1-2台即可，可以节约成本，另外，即使是在工作模式下，无线发射功率较小，对风机的干扰非常小，可以忽略不计。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种应用于风电机组机舱的无线控制系统，包括无线控制手柄和无线接收器，无线控制手柄包括第一控制器、第一无线收发模块、无线手柄按键以及第一电源模块；第一控制器与第一无线收发模块通过I/O接口连接，无线手柄按键连接第一控制器的输入端，指示灯连接第一控制器的输出端，第一电源模块为整个无线控制手柄供电；无线接收器安装在风电机组机舱内，无线接收器包括第二控制器、第二无线收发模块和驱动模块，第二控制器与第二无线收发模块通过I/O接口连接，第二控制器的输出端连接驱动模块的输入端；第二电源模块为整个无线接收器供电；驱动模块的输出端连接机舱控制器。
无线控制手柄的无线手柄按键包括左偏航控制、右偏航控制、90°方向变桨控制、0°方向变桨控制、液压系统余压保持控制以及零压释放控制，无线手柄按键的控制状态均设有单独的控制状态指示灯；无线控制手柄还设置有风机的维护状态指示灯。
第一无线收发模块和第二无线收发模块均采用nRF401，使用频率为433Mhz。
第一控制器和第二控制器均采用AT89C52。
第一电源模块和第二电源模块均采用充电电池。
第二电源模块的输出端与无线接收器电源输入端之间设置有开关。
基于本发明所述应用于风电机组机舱的无线控制系统的运行方法，初始化之后，第一控制器不断扫描无线手柄按键情况，判断是否有无线手柄按键触发；无线手柄按键触发后，无线手柄按键触发信息传输至第一控制器，第一控制器接收到所述无线手柄按键触发信息后向指示灯发送信号；在无线手柄按键触发的情况下，无线手柄按键触发所对应的指示灯亮，第一控制器将无线手柄按键触发所对应的动作指令信号发送至第一无线收发模块中，第一无线收发模块向外发射经过调制的指令编码信号；
无线接收器中的第二无线收发模块将已调制的指令编码信号接收下来，并将信号还原，同时将信号传输至第二控制器，第二控制器通过数据校验确定通讯正常后，同时无线控制手柄发送维护状态信号，同时由驱动模块来驱动机舱控制器发出动作指令，实现机舱中的设备执行动作。
无线接收器通过第二控制器判断风机维护状态和叶轮锁定状态，其中任何一个状态触发后，第二控制器将所述无线手柄按键触发信息进发送至第二无线收发模块，第二无线收发模块向外发射经过调制的指令编码信号；无线控制手柄的第一无线收发模块将来自第二无线收发模块的编码指令信号接收下来，并将信号还原，第一控制器通过数据校验确定通讯正常后，控制维护状态指示灯的亮和灭。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明拟推动无线控制技术在风电行业的应用，基于风机复杂的无线环境，本系统的无线发射功率、无线频率等关键技术指标均参考在风电行业应用比较广泛的民用对讲机来设计，在不使用无线手柄工作时，及时关闭本系统，能把对风机的影响降到最低，本装置规避风险的同时，提升系统性能，另外，无线发射模块和无线接收模块能实现一一配对的方式，无线手柄的操作可由一人单独完成，操作更加便捷，极大地提高调试维护效率，一个风场配备1-2台即可，无需每台风机配备控制手柄，节约成本，另外，即使是在工作模式下，无线发射功率较小，对风机的干扰非常小，可以忽略不计，保障无线通讯网络的可靠性。
进一步的，选用相对比较成熟的nRF401作为发射接收模块，具有抗干扰能力强、收发速率快，基于nRF401模块的无线方案已经非常成熟，外围设计电路简单。
本发明所述无线控制系统运行时，工作人员在机舱中一个调试维护人员完成工作，其信号只在当前机舱中传输有效，通过系统中维护状态指示灯来显示当前机舱中的部件状态，有助于调试维护人员更加方便地确认无线控制系统的以及机舱的运行状态，能随时做出调整,安全便捷，能提高调试维护效率。
附图说明
图1是电路结构图。
图2是无线控制手柄工作流程图。
图3是无线接收器工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细阐述。
如图1所示，一种应用于风电机组机舱的无线控制系统，包括无线控制手柄和无线接收器，无线控制手柄和无线接收器均设置有控制器；线控制手柄包括第一控制器、第一无线收发模块、无线手柄按键、指示灯、I/O端口电路、以及电源模块；第一控制器与第一无线收发模块双向通信连接，无线手柄按键连接第一控制器的输入端，指示灯连接控制器的输出端；无线接收端安装在风电机组机舱内，无线接收器包括第二无线收发模块、第二控制器、I/O端口电路、电源接口和驱动模块，第二控制器与第二无线收发模块双向通信连接，第二控制器的输出端连接驱动模块的输入端。
无线控制手柄的无线手柄按键包括左偏航控制、右偏航控制、90°方向变桨控制、0°方向变桨控制、液压系统余压保持控制以及零压释放控制，无线手柄按键的控制状态均设有单独的控制状态指示灯，当控制功能触发时，其对应的控制状态指示灯亮；无线控制手柄还设置有风机的维护状态指示灯，风机处于维护状态下灯亮，否则灯灭，叶轮锁定/解锁状态指示灯，即叶轮锁定状态下亮，叶轮解锁状态下灭。
第一无线收发模块和第二无线收发模块采用nRF401，使用频率为433Mhz。
第一控制器采用AT89C52。
可选的，第一电源模块和第二电源模块均采用充电电池。
本发明实施例中给出的无线手柄的控制距离最大30m，风机和风机之间的距离最少是3到5D，D为风轮直径，1D在80m以上，也就是300m以上，所以能确保手柄和当前机舱的通讯；能实现无线控制手柄和无线接收器采用一一配对的方式，数据传输采用CRC校验来确保系统不会被其他无线设备干扰。
无线控制手柄上设置有控制状态指示灯，除了发射无线信号做控制功能外，还接收无线信号通过状态指示灯显示机组目前状态，既能实现发射功能也包括接收功能。无线接收器除了接收无线控制手柄的控制功能外，还需要发射机组状态信息给无线控制手柄；无线控制手柄和无线接收端均为双发双收系统，能满足目前机舱控制手柄的所有功能。
参考图2和图3，无线控制系统的左偏航控制、右偏航控制、90°方向变桨控制、0°方向变桨控制、液压系统余压保持控制、零压释放控制、叶轮锁定控制以及叶轮解锁控制工作过程：
初始化之后，无线控制手柄通过I/O端口不断扫描上述无线手柄按键情况，判断是否有无线手柄按键触发；无线手柄按键触发后，通过I/O端口将无线手柄按键触发信息传输至第一控制器，第一控制器同时向指示灯发送信号；在无线手柄按键触发的情况下，无线手柄按键触发指示灯亮，第一控制器将信号发送至第一无线收发模块中，第一无线收发模块向外发射经过调制的指令编码信号，该指令编码信号除了包含该无线手柄按键信息外，还包括数据校验。
无线接收器中的第二无线收发模块将已调制的指令编码信号接收下来，并将将信号还原，同时将信号传输至第二控制器，第二控制器通过数据校验确定通讯正常后，同时向状态指示灯发出信号，由驱动模块来驱动机舱控制器发出动作指令，实现机舱中的设备执行动作。
无线接收器通过第二控制器判断风机维护状态和叶轮锁定状态，其中任何一个状态触发后，第二控制器将所述无线手柄按键触发信息进发送至第二无线收发模块，第二无线收发模块向外发射经过调制的指令编码信号；所述指令编码信号除了包含该状态信息外，还包括数据校验。
无线控制手柄的第一无线收发模块将来自第二无线收发模块的编码指令信号接收下来，并将信号还原，第一控制器通过数据校验确定通讯正常后，由I/O端口电路来控制状态指示灯的亮和灭。
整套系统的反应时间最长为200ms，发射功率为5～20mW，遥控距离最大30m。
设计要点：
1、无线通讯可能对机舱内的控制系统造成干扰，同时自身可能会被风机的电磁环境干扰，设计时候需要参考在风电行业已有应用的对讲设备。
2、手持式电气元件需要确保人身安全，因此，产品需要通过电气行业的安全认证（LVD认证试验），符合标准EN60950。
3、国家对无线设备使用频段有严格管控，因此，产品需要通过无线行业的短距离低功率射频产品认证（RF认证测试），符合标准EN300220。
4、系统控制对象是风机的关键安全设备，需要在系统设计初期确定信号中断等问题出现的失效模式。同时，为确保通讯网络的安全，避免被控对象误动作，发射器和接收器配对前需要进行CRC校验，同时，每次通讯数据均需要进行校验。

Claims (6)

1.一种应用于风电机组机舱的无线控制系统，其特征在于，包括无线控制手柄和无线接收器，无线控制手柄包括第一控制器、第一无线收发模块、无线手柄按键以及第一电源模块；第一控制器与第一无线收发模块通过I/O接口连接，无线手柄按键连接第一控制器的输入端，指示灯连接第一控制器的输出端，第一电源模块为整个无线控制手柄供电；无线接收器安装在风电机组机舱内，无线接收器包括第二控制器、第二无线收发模块和驱动模块，第二控制器与第二无线收发模块通过I/O接口连接，第二控制器的输出端连接驱动模块的输入端；第二电源模块为整个无线接收器供电；驱动模块的输出端连接机舱控制器；
初始化之后，第一控制器不断扫描无线手柄按键情况，判断是否有无线手柄按键触发；无线手柄按键触发后，无线手柄按键触发信息传输至第一控制器，第一控制器接收到所述无线手柄按键触发信息后向指示灯发送信号；在无线手柄按键触发的情况下，无线手柄按键触发所对应的指示灯亮，第一控制器将无线手柄按键触发所对应的动作指令信号发送至第一无线收发模块中，第一无线收发模块向外发射经过调制的指令编码信号；
无线接收器中的第二无线收发模块将已调制的指令编码信号接收下来，并将信号还原，同时将信号传输至第二控制器，第二控制器通过数据校验确定通讯正常后，同时无线控制手柄发送维护状态信号，同时由驱动模块来驱动机舱控制器发出动作指令，实现机舱中的设备执行动作；
无线接收器通过第二控制器判断风机维护状态和叶轮锁定状态，其中任何一个状态触发后，第二控制器将所述无线手柄按键触发信息发送至第二无线收发模块，第二无线收发模块向外发射经过调制的指令编码信号；无线控制手柄的第一无线收发模块将来自第二无线收发模块的编码指令信号接收下来，并将信号还原，第一控制器通过数据校验确定通讯正常后，控制维护状态指示灯的亮和灭。
2.根据权利要求1所述的应用于风电机组机舱的无线控制系统，其特征在于，无线控制手柄的无线手柄按键包括左偏航控制、右偏航控制、90°方向变桨控制、0°方向变桨控制、液压系统余压保持控制以及零压释放控制，无线手柄按键的控制状态均设有单独的控制状态指示灯；无线控制手柄还设置有风机的维护状态指示灯。
3.根据权利要求1所述的应用于风电机组机舱的无线控制系统，其特征在于，第一无线收发模块和第二无线收发模块均采用nRF401，使用频率为433Mhz。
4.根据权利要求1所述的应用于风电机组机舱的无线控制系统，其特征在于，第一控制器和第二控制器均采用AT89C52。
5.根据权利要求1所述的应用于风电机组机舱的无线控制系统，其特征在于，第一电源模块和第二电源模块均采用充电电池。
6.根据权利要求1所述的应用于风电机组机舱的无线控制系统，其特征在于，第二电源模块的输出端与无线接收器电源输入端之间设置有开关。
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