CN114000973B - 一种基于数字输出脉冲的风电机组安全控制器信息传递方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于数字输出脉冲的风电机组安全控制器信息传递方法，步骤如下：1)在安全控制器中针对不同的输入信号，设置不同频率的基础脉冲信号、同步时钟脉冲信号、数据位时钟脉冲信号；2)安全控制器将输入信号与同步时钟脉冲信号、数据位时钟脉冲信号进行逻辑运算得到输出脉冲信号；3)主控控制系统向安全控制器发送使能信号；4)安全控制器接收到使能信号，并向主控控制系统发送低电平；5)安全控制器向主控控制系统发送输出脉冲信号：一个周期内的脉冲个数大于1时，记录当前数据位为1，否则，记录当前数据位为0；6)当安全控制器的输出脉冲信号发送完成，则主控控制系统对接收到的数据进行释义分析，否则继续发送输出脉冲信号。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电控制技术领域，特别涉及一种基于数字输出脉冲的风电机组安全控制器信息传递方法。
背景技术
随着风力发电行业的发展，风力发电机组大型化、智能化成为一种必然趋势，因此对控制技术的要求也越来越高。为了保证风力发电机组的安全可靠运行，在设计机组安全系统时需要进行冗余设计，除了主控控制系统的安全控制策略，还有一套独立于主控控制系统的安全系统，即为安全链，其主要执行单元为安全控制器。
安全控制器是一种微型的可编程控制器，由CPU、存储器、输入/输出单元、编程器和电源组成。安全控制器将紧急停机、发电机转速、转子转速和机舱振动开关等信号接入，再由内部逻辑处理器判断是否断开安全链，从而起到保护风电机组安全的作用。如何保证安全控制器与主控控制系统的信息传递准确性，对于实现风力发电机组安全的保护尤为重要。
在现有的控制技术中，安全控制器与主控控制系统之间的信息交互方式单一，一般是通过外接输入、输出接口实现两者之间的信息传递。如果出现安全控制器运行程序和实际情况不匹配，就会出现安全控制器设置的断开安全链的超速保护限值与实际所需的保护限值不匹配，因此，一旦机组运行过程中出现超速的情况，极易出现安全控制器不能有效断开安全链实现机组保护，这可能会对机组造成严重的损害，影响机组各部件的使用寿命。而如果通过增加机组外围硬件实现安全控制器与主控控制系统的信息传递，则会增加机组的成本。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于数字输出脉冲的风电机组安全控制器信息传递方法，其能实现安全控制器与主控控制系统的信息交互，识别安全控制器的程序与实际情况是否匹配以及安全控制器故障信息，从而最大程度保证风电机组的安全运行。
本发明的技术方案是：一种基于数字输出脉冲的风电机组安全控制器信息传递方法，步骤如下：
1)在安全控制器中针对不同的输入信号，设置不同频率的基础脉冲信号、同步时钟脉冲信号、数据位时钟脉冲信号，所述基础脉冲信号的频率是同步时钟脉冲信号、数据位时钟脉冲信号的三倍，基础脉冲信号、同步时钟脉冲信号、数据位时钟脉冲信号的脉冲宽度相同；
2)所述安全控制器将输入信号与同步时钟脉冲信号、数据位时钟脉冲信号进行逻辑运算得到输出脉冲信号；
3)主控控制系统向安全控制器发送使能信号；
4)安全控制器接收到使能信号，并向主控控制系统发送低电平，使低电平持续至设定时间；
5)安全控制器向主控控制系统发送输出脉冲信号：当主控控制系统接收到一个周期内的脉冲个数大于1时，记录当前数据位为1，否则，记录当前数据位为0；
6)当安全控制器的输出脉冲信号发送完成，则主控控制系统对接收到的数据进行释义分析，否则，安全控制器继续发送输出脉冲信号。
进一步的，所述输入信号先转换为对应频率的脉冲信号，再将脉冲信号和数据位时钟脉冲信号进行“与”运算，其结果再与同步时钟脉冲信号进行“或”运算，得到输出脉冲信号。
进一步的，步骤2)主控控制系统向安全控制器发送使能信号，并将使能信号维持2s。
进一步的，步骤4)安全控制器输出低电平的持续时间设置为600ms。
进一步的，所述同步时钟脉冲信号在各周期的首位输出脉冲，所述数据位时钟脉冲信号的脉冲与同步时钟脉冲信号相差一个脉冲宽度。
进一步的，所述安全控制器的输入信号为程序参数设置值，包括制造商、风电机组类型、安全控制器软件版本，或者为安全控制器检测到的外部信号，包括急停信号、振动开关异常信号、发电机转速超限、转子转速超限。
采用上述技术方案：本方法对每一个输入信号对应设置不同的脉冲频率，且每一个输入信号均对应有与其频率相关的基础脉冲信号、同步时钟脉冲信号、数据位时钟脉冲信号，通过将不同的输入信号与对应的同步时钟脉冲信号、数据位时钟脉冲信号进行逻辑运算，则可以得到唯一一个代表输入信号的输出脉冲信号。经逻辑运算得到的输出脉冲信号在一个周期均分为三部分，其中，第一部分通过一个脉冲表示信号开始，第二部分表示数据位，有脉冲则数据位为“1”，没有脉冲则数据位为“0”，第三部分表示信号传输结束，若第三部分持续输出低电平，则表示这一周期的数据传输结束。因此，本方法可以通过记录输出脉冲信号一个周期内的脉冲数量，判断当前数据位为“1”或是“0”。主控控制系统则可以通过识别接收到的数据，并结合接收到的数据频率，分析安全控制器发送的数据信息是否与风电机组的实际情况匹配，从而实现安全控制器与主控控制系统的信息交互，保证风电机组的安全运行。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1本发明的主流程图；
图2本发明输入脉冲信号、数据位时钟脉冲信号、同步时钟脉冲信号、输入脉冲信号的示意图；
图3本发明实施例输出脉冲信号的示意图；
图4本发明制造商ID、风电机组类型、安全控制器软件版本的输出脉冲信号示意图。
具体实施方式
参见图1至图4，一种基于数字输出脉冲的风电机组安全控制器信息传递方法的实施例，步骤如下：
1)在安全控制器中针对不同的输入信号，设置不同频率的基础脉冲信号、同步时钟脉冲信号、数据位时钟脉冲信号，所述输入信号包括制造商、风电机组类型、安全控制器软件版本、急停信号、振动开关异常信号、发电机转速超限、转子转速超限等；所述基础脉冲信号的频率是同步时钟脉冲信号、数据位时钟脉冲信号的三倍，即同步时钟脉冲信号、数据位时钟脉冲信号的周期是基础脉冲信号的三倍，本实施例设置基础脉冲信号的周期为80ms，同步时钟脉冲信号、数据位时钟脉冲信号的周期为240ms；基础脉冲信号、同步时钟脉冲信号、数据位时钟脉冲信号的脉冲宽度相同，本实施例设置基础脉冲信号的脉冲占空比为50％。
2)所述安全控制器将输入信号与同步时钟脉冲信号、数据位时钟脉冲信号进行逻辑运算得到输出脉冲信号；所述输入信号先转换为对应频率的脉冲信号，再将脉冲信号和数据位时钟脉冲信号进行“与”运算，其结果再与同步时钟脉冲信号进行“或”运算，得到输出脉冲信号。
当输入信号是安全控制器程序参数设置值，如制造商、风电机组类型、安全控制器软件版本时，每一项均对应设有一个固定值，安全控制器通过程序将固定值转换为一个二进制编码，然后将二进制编码转换为相应频率的输入脉冲信号，再将该输入脉冲信号与数据位时钟脉冲信号、同步时钟脉冲信号进行逻辑运算得到输出脉冲信号；当输入信号是安全控制器检测到的外部信号，如急停信号、振动开关异常信号、发电机转速超限、转子转速超限时，安全控制器若检测到对应的高电平，则通过程序将高电平转换为对应频率的输入脉冲信号，然后将该输入脉冲信号与数据位时钟脉冲信号、同步时钟脉冲信号进行逻辑运算得到输出脉冲信号。
所述同步时钟脉冲信号在各周期的首位输出脉冲，用于作为数据更新的标志，所述数据位时钟脉冲信号的脉冲与同步时钟脉冲信号相差一个脉冲宽度，用于与安全控制器的输入信号进行逻辑运算，使逻辑运算后的输出脉冲信号一个周期内的中间部分表示数据位。
以本实施例为例，当输入信号有数据发送时，在一个周期内有数据信息，则转换得到的该脉冲信号在第二个80ms开始时输出高脉冲，若没有数据信息，则在一个周期内持续输出低电平，然后将转换得到的输入脉冲信号与数据位时钟脉冲信号、同步时钟脉冲信号进行逻辑运算得到输出脉冲信号，如图2所示，图中，DO_Start为主控控制系统使能信号；Standard Pluses为基准脉冲信号，脉冲周期80ms且占空比为50％；Sync Clock为同步时钟脉冲信号，周期为240ms；Data Bit Clock为数据位时钟脉冲信号，其周期为240ms；Detection Input为输入脉冲信号；DI_Alive为安全控制器的输出脉冲信号。
经逻辑运算得到的输出脉冲信号，将一个周期均分为三个时间段，各时间段分别标志不同含义，如图3所示，第一时间段80ms表示数据开始传输，第二时间段80ms表示数据位，有脉冲则数据位为“1”，没有脉冲则数据位为“0”，第三时间段80ms表示数据传输结束，图中，Sync start为数据传输的同步起始；Data bit为数据传输位；Sync end为同步结束，当前数据位传输完成，一直保持低电平。
3)主控控制系统向安全控制器发送使能信号DO_Start，该使能信号为高电平，且本实施例设置主控控制器的使能信号持续时间为2s。
4)安全控制器接收到使能信号，并向主控控制系统发送低电平，使低电平持续至设定时间，本实施例设置安全控制器发送低电平的持续时间为600ms，该时间为安全控制器与主控控制系统数据传输的准备时间。
5)安全控制器向主控控制系统发送输出脉冲信号：当主控控制系统接收到一个周期内的脉冲个数大于1时，则输出脉冲信号的数据位为高脉冲，记录当前数据位为1，否则，记录当前数据位为0。
6)当安全控制器的输出脉冲信号发送完成，则主控控制系统对接收到的数据进行释义分析，否则，安全控制器继续发送输出脉冲信号。
以制造商ID为6，风电机组类型为1，安全控制器软件版本为1为例，安全控制器将以上三个信息编码为16位二进制数据，二进制数据从低到高，第一个4位(0110B)表示制造商ID，第二个4位(0001B)表示风电机组类型，最后8位(000000001B)表示安全控制器软件版本，并将以上二进制编码和数据位时钟脉冲信号进行“与”运算，其结果再与同步时钟脉冲信号进行“或”运算，得到的输出脉冲信号如图4所示，在数据传输时，首先发送最低位的数据，每一位占用240ms。主控控制系统对接收到输出脉冲信号进行释义分析，判断接收到制造商ID、风电机组类型、安全控制器软件版本与风电机组的实际使用情况是否匹配，若不匹配则报异常，通知工作人员检查或修改，由此实现安全控制器与主控控制器的信息交互。
本方法通过将不同的输入信号转换为不同频率的输入脉冲信号，再将输入脉冲信号与对应的同步时钟脉冲信号、数据位时钟脉冲信号进行逻辑运算，得到唯一一个代表输入信号的输出脉冲信号。在进行数据传输时，主控控制系统通过记录输出脉冲信号一个周期内的脉冲数量，即可判断当前数据位为“1”或是“0”。因此，主控控制系统可以通过识别接收到的数据，并结合接收到的数据频率，分析安全控制器发送的数据信息是否与风电机组的实际情况匹配，以及可通过识别安全控制器发送的故障信息，检测风电机组的实际故障，从而实现安全控制器与主控控制系统的信息交互，保证风电机组的安全运行。
Claims (5)
1.一种基于数字输出脉冲的风电机组安全控制器信息传递方法，其特征在于步骤如下：
1）在安全控制器中针对不同的输入信号，设置不同频率的基础脉冲信号、同步时钟脉冲信号、数据位时钟脉冲信号，所述基础脉冲信号的频率是同步时钟脉冲信号、数据位时钟脉冲信号的三倍，基础脉冲信号、同步时钟脉冲信号、数据位时钟脉冲信号的脉冲宽度相同；
2）所述安全控制器将输入信号与同步时钟脉冲信号、数据位时钟脉冲信号进行逻辑运算得到输出脉冲信号；
所述逻辑运算为，输入信号先转换为对应频率的脉冲信号，再将脉冲信号和数据位时钟脉冲信号进行“与”运算，其结果再与同步时钟脉冲信号进行“或”运算，得到输出脉冲信号；
3）主控控制系统向安全控制器发送使能信号；
4）安全控制器接收到使能信号，并向主控控制系统发送低电平，使低电平持续至设定时间；
5）安全控制器向主控控制系统发送输出脉冲信号：当主控控制系统接收到一个周期内的脉冲个数大于1时，记录当前数据位为1，否则，记录当前数据位为0；
6）当安全控制器的输出脉冲信号发送完成，则主控控制系统对接收到的数据进行释义分析，否则，安全控制器继续发送输出脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的基于数字输出脉冲的风电机组安全控制器信息传递方法，其特征在于：步骤2）主控控制系统向安全控制器发送使能信号，并将使能信号维持2s。
3.根据权利要求1所述的基于数字输出脉冲的风电机组安全控制器信息传递方法，其特征在于：步骤4）安全控制器输出低电平的持续时间设置为600ms。
4.根据权利要求1所述的基于数字输出脉冲的风电机组安全控制器信息传递方法，其特征在于：所述同步时钟脉冲信号在各周期的首位输出脉冲，所述数据位时钟脉冲信号的脉冲与同步时钟脉冲信号相差一个脉冲宽度。
5.根据权利要求1所述的基于数字输出脉冲的风电机组安全控制器信息传递方法，其特征在于：所述安全控制器的输入信号为程序参数设置值，包括制造商、风电机组类型、安全控制器软件版本，或者为安全控制器检测到的外部信号，包括急停信号、振动开关异常信号、发电机转速超限、转子转速超限。
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