CN207424631U - 风力发电机组中电控系统plc从站数字量输入模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输入模块，包括数字信号处理核心模块、防雷模块、光纤ethercat通信模块、光耦隔离模块和电源模块，防雷模块通过光耦隔离模块与数字信号处理核心模块电连接，外部输入信号通过DI端子接入到防雷模块，数字信号处理核心模块与RS232接口、CAN总线双向数据传输，光纤ethercat通信模块与数字信号处理核心模块电连接。由于将防雷模块、光耦隔离模块、数字信号处理核心模块、CAN总线、光纤ethercat通信模块和电源模块均安装在印刷电路板上，使得主控箱里的数字量输入模块在使用时更加方便，具有结构简单、维修方便、体积小等优点。

Description

风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输入模块

技术领域

本实用新型属于风力发电领域，尤其是涉及一种风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输入模块。

背景技术

目前，电控系统PLC从站数字量输入模块的系统主要包括以下几个模块：

EL1008 8通道数字量输入端子模块，从执行层采集二进制控制信号，并以电隔离的形式将这些信号传输到上层自动化单元。EL100x系列数字量输入端子模块有一个3ms输入滤波。EtherCAT端子模块可通过一个LED来显示其状态。

CX1020基本CPU模块，CX1020基本CPU模块通过一个功能更为强大的600MHz CPU对现有CX系列产品进行了扩展。TwinCAT自动化软件将CX1020系统转化为一个功能强大的PLC和运动控制系统，可以在带或者不带可视化功能的情况下进行操作。CX1020还可以通过TwinCAT NC I完成带插补的轴运动，用户也可以在基本CPU模块中添加更多系统接口或者现场总线接口。CX1100-0004电源模块在CX1020和EtherCAT端子模块之间提供了一个直接接口。CX1020、EtherCAT和TwinCAT的组合能够使系统的周期和响应时间小于1微秒。

CX1100-0004带I/O接口的电源，用于CX1010/CX1020，CX1010/CX1020系统可以选择四种电源模块中的一种，所有其他系统组件的电源通过内置PC104总线供电，无需单独的电源线。

EL6751 CANopen主站/从站端子模块，CANopen主站端子模块EL6751功能类似于Beckhoff FC5101 CANopen PCI接口卡，由于通过EtherCAT进行连接，因此PC中无需再留有PCI插槽。

EK1521单端口EtherCAT光纤分支耦合器，与EtherCAT耦合器EK1100配套使用，单端口EtherCAT光纤分支耦合器EK1521可以将100BASE-TX物理层转换成100BASE-FX物理层(玻璃光纤)。

目前基于PLC的从站数字量输入方式主要依托于以上几个模块与PLC主机进行，简单数字量输入的模块必须要与一个比这些模块大数倍的PLC相连，并且需要许多额外辅助供电以及信号防雷设备等，存在占空间大的问题，而且需算上PLC的话，成本会高很多，数千块钱乃至上万的价格，需要把以上所列出的模块全部购买并且拼接才能实现基于PLC的从站数字量输入的功能，大材小用。

发明内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种成本低、使用方便的风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输入模块。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输入模块，包括数字信号处理核心模块、防雷模块、光纤ethercat通信模块、光耦隔离模块和电源模块，所述防雷模块通过光耦隔离模块与数字信号处理核心模块电连接，防雷模块和光耦隔离模块用于对外部数字量输入信号中参杂的干扰及雷电流所感应出的信号干扰源进行有效地过滤和隔离；外部输入信号通过DI端子接入到防雷模块，所述电源模块为系统供电，所述数字信号处理核心模块与RS232接口双向数据传输，所述数字信号处理核心模块与CAN总线双向数据传输，光/电接口连接光纤ethercat通信模块，所述光纤ethercat通信模块与数字信号处理核心模块电连接。数字信号处理核心模块将从防雷模块和光耦隔离模块接收到的数字量输入信号进行相应计算和处理，并通过CANOPEN和光纤ethercat通信模块发送到风力发电机的主控系统PLC。

进一步的，所述光纤ethercat通信模块包括光纤ethercat通信模块控制器电路、光纤ethercat通信模块物理层芯片电路和光纤通信PHY芯片电路。

进一步的，所述光纤ethercat通信模块控制器电路的主控芯片为ET1100芯片，所述光纤ethercat通信模块物理层芯片电路的主控芯片为KSZ8001L1，所述光纤通信PHY芯片的型号为KSZ8001L1。

进一步的，所述DI端子为16路DI端子。

进一步的，所述防雷模块为16路防雷模块。

进一步的，所述数字信号处理核心模块通过CANOPEN与CAN总线双向数据传输。数字信号处理核心模块将处理完毕的数据进行打包，然后通过CANOPEN的方式发送给风力发电机的主控系统PLC。

进一步的，所述数字信号处理核心模块通过MII与光纤ethercat通信模块进行数据传输。数字信号处理核心模块将处理完毕的数据进行打包，然后通过光纤ethercat通信模块发送给风力发电机的主控系统PLC。

进一步的，所述电源模块接入24V直流电，所述电源模块通过TPS75533KTT芯片将24V电压转换为3.3V，为数字信号处理核心模块供电；通过WRB2405S-1WR2芯片和VRB2405YMD-10WR3芯片将24V电压转换为5V，为光纤ethercat通信模块和CANOPEN供电。

进一步的，所述防雷模块、光耦隔离模块、数字信号处理核心模块、CAN总线、光纤ethercat通信模块和电源模块均安装在印刷电路板上，可以有效地减小整个装置的体积，简化结构。

进一步的，所述防雷模块和光耦隔离模块直接集成在电路板上，便于进行更换和维护。

进一步的，所述数字信号处理核心模块的处理芯片为STM32。

相对于现有技术，本实用新型所述的风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输入模块具有以下优势：由于将防雷模块、光耦隔离模块、数字信号处理核心模块、CAN总线、光纤ethercat通信模块和电源模块均安装在印刷电路板上，使得主控箱里的数字量输入模块在使用时更加方便，具有结构简单、维修方便、加工成本低、体积小等优点。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型的原理框图；

图2是本实用新型的电路图；

图3是防雷模块和光耦隔离模块的电路图；

图4-a和4-b组成数字信号处理核心模块的电路图；

图5-1-a、图5-1-b、图5-1-c组成光纤ethercat通信模块控制器的电路主芯片ET1100电路图；

图5-2-a、图5-2-b、图5-2-c组成光纤ethercat通信模块物理层芯片电路PHY芯片电路图；

图5-3-a、图5-3-b组成CANOPEN和RS232串口电路图；

图6-1-a、图6-1-b组成电源管理模块的电路图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1、2所示，一种风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输入模块，包括数字信号处理核心模块、防雷模块、光纤ethercat通信模块、光耦隔离模块和电源模块，防雷模块为16路防雷模块，防雷模块通过光耦隔离模块与数字信号处理核心模块电连接，防雷模块和光耦隔离模块用于对外部数字量输入信号中参杂的干扰及雷电流所感应出的信号干扰源进行有效地过滤和隔离。外部输入信号通过16路DI端子接入到防雷模块，电源模块为系统供电，数字信号处理核心模块与RS232接口双向数据传输，数字信号处理核心模块与CAN总线双向数据传输，光/电接口连接光纤ethercat通信模块，光纤ethercat通信模块与数字信号处理核心模块电连接。防雷模块、光耦隔离模块、数字信号处理核心模块、CAN总线、光纤ethercat通信模块和电源模块均安装在印刷电路板上，同时防雷模块和光耦隔离模块直接集成在电路板上，便于进行更换和维护，可以有效地减小整个装置的体积，简化结构。

如图5-1、5-2、5-3所示，光纤ethercat通信模块包括光纤ethercat通信模块控制器电路、光纤ethercat通信模块物理层芯片电路和光纤通信PHY芯片电路。光纤ethercat通信模块控制器电路的主控芯片为ET1100芯片，所述光纤ethercat通信模块物理层芯片电路的主控芯片为KSZ8001L1，所述光纤通信PHY芯片的型号为KSZ8001L1。

如图4所示，数字信号处理核心模块的处理芯片为STM32。数字信号处理核心模块通过CANOPEN与CAN总线双向数据传输。数字信号处理核心模块通过MII与光纤ethercat通信模块进行数据传输。数字信号处理核心模块将处理完毕的数据进行打包，然后通过CANOPEN和光纤EtherCAT通信这两种方式发送给风力发电机的主控系统PLC。

如图6所示，电源模块接入24V直流电，电源模块通过TPS75533KTT芯片将24V电压转换为3.3V，为数字信号处理核心模块供电；通过WRB2405S-1WR2芯片和VRB2405YMD-10WR3芯片将24V电压转换为5V，为光纤ethercat通信模块和CANOPEN供电。

本实例的工作过程：开关电源24V上电，如图6所示，电源模块将24V输入进来，经过限压保护和滤波后，进入电源模块U28和U12芯片转换成5V给数字信号处理核心模块、CANOPEN和光纤ethercat通信模块供电供电，其中电源芯片U30将5V电压转换成3.3V给数字信号处理核心模块供电。如图3所示，数字量输入信号通过P1端子进入后，通过T1，T2，T3和F1的雷电流过滤和泄放，将数字量输入信号输入光耦芯片隔离，然后将处理的信号发送到数字信号处理核心模块进行处理和计算。图4为数字信号处理核心模块中STM32处理芯片的外围电路以及管脚定义，STM32处理芯片将处理好的数字量信号输出给CANOPEN和光纤ethercat通信模块。如图5-3所示，数字量信号进入U26高速CAN收发器(CANOPEN协议通信)进行处理后发送数字量信号给PLC主站。或者如图5-1和5-2，控制信号经过U4A光纤ethercat通信模块控制器的电路ET1100芯片处理后通过光纤ethercat通信模块物理层芯片电路U6和U7光纤通信PHY芯片再处理后进入D1和D2(D3和D4)进行光电转换处理后，光纤ethercat通信模块发送数字量输入信号给PLC主站，完成数据的传输。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输入模块，其特征在于：包括数字信号处理核心模块、防雷模块、光纤ethercat通信模块、光耦隔离模块和电源模块，所述防雷模块通过光耦隔离模块与数字信号处理核心模块电连接，外部输入信号通过DI端子接入到防雷模块，所述电源模块为系统供电，所述数字信号处理核心模块与RS232接口双向数据传输，所述数字信号处理核心模块与CAN总线双向数据传输，光/电接口连接光纤ethercat通信模块，所述光纤ethercat通信模块与数字信号处理核心模块电连接。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输入模块，其特征在于：所述光纤ethercat通信模块包括光纤ethercat通信模块控制器电路、光纤ethercat通信模块物理层芯片电路和光纤通信PHY芯片电路。

3.根据权利要求2所述的风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输入模块，其特征在于：所述光纤ethercat通信模块控制器电路的主控芯片为ET1100芯片，所述光纤ethercat通信模块物理层芯片电路的主控芯片为KSZ8001L1，所述光纤通信PHY芯片的型号为KSZ8001L1。

4.根据权利要求1所述的风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输入模块，其特征在于：所述数字信号处理核心模块通过CANOPEN与CAN总线双向数据传输。

5.根据权利要求1所述的风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输入模块，其特征在于：所述数字信号处理核心模块通过MII与光纤ethercat通信模块进行数据传输。

6.根据权利要求1或2所述的风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输入模块，其特征在于：所述电源模块接入24V直流电，所述电源模块通过TPS75533KTT芯片将24V电压转换为3.3V，为数字信号处理核心模块供电；通过WRB2405S-1WR2芯片和VRB2405YMD-10WR3芯片将24V电压转换为5V，为光纤ethercat通信模块和CANOPEN供电。

7.根据权利要求1所述的风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输入模块，其特征在于：所述防雷模块、光耦隔离模块、数字信号处理核心模块、CAN总线、光纤ethercat通信模块和电源模块均安装在印刷电路板上。

8.根据权利要求7所述的风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输入模块，其特征在于：所述防雷模块和光耦隔离模块直接集成在电路板上。

9.根据权利要求1所述的风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输入模块，其特征在于：所述DI端子为16路DI端子。

10.根据权利要求1所述的风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输入模块，其特征在于：所述防雷模块为16路防雷模块。