CN212873245U - 风电叶片吊具控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于风电叶片安装控制技术领域，公开一种风电叶片吊具控制电路，包括CPU控制模块、RS232转换电路、开关量隔离输入电路和开关量隔离继电器输出控制电路，CPU控制模块的输入端与开关量隔离输入电路的输出端连接，输出端与开关量隔离继电器输出控制电路的控制端连接，输入输出端与所述RS232转换电路连接；RS232转换电路包括第一双路RS232转换模块、第二双路RS232转换模块和第三双路RS232转换模块，开关量隔离输入电路用于将外接开关量进行隔离后输入给所述CPU控制模块，开关量隔离继电器输出控制电路用于将所述CPU控制模块输出的开关信号进行隔离后输出。本实用新型实现了风电叶片吊具控制电路的信号交互、通信交互以及控制信号输出。
Description
技术领域
本实用新型属于风电叶片安装技术领域，具体涉及一种风电叶片吊具控制电路。
背景技术
全球经济的迅速发展使得化石能源逐渐枯竭，而且化石能源带来的环境污染日益加重，寻求新的可再生清洁能源是全球面临的重要难题。自上世纪以来，风电能源逐渐在各个国家得到重视，风电事业发展迅速，成为化石能源以外最重要的电能来源。
在风电叶片吊装和维修过程中由于风电叶片的重量较大，其吊装需要专用的吊具进行起吊，由于叶片与风电机组装过程中需要对叶片的位姿进行调整，以实现叶片与风电机组的准确定位和对接。传统的大型风电叶片吊具控制系统，采用PLC作为控制器，虽然可以很好地实现电机、接触器等控制，但后期升级，增加安全图像识别等AI算法时，却限于其运算速度和能力，无法应对。
实用新型内容
本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于CPU芯片的风电叶片吊具控制电路。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种风电叶片吊具控制电路，包括CPU控制模块、RS232转换电路、开关量隔离输入电路和开关量隔离继电器输出控制电路，所述CPU控制模块的输入端与所述开关量隔离输入电路的输出端连接，输出端与所述开关量隔离继电器输出控制电路的控制端连接，输入输出端与所述RS232转换电路连接；
所述RS232转换电路包括第一双路RS232转换模块、第二双路RS232转换模块和第三双路RS232转换模块，所述CPU控制模块通过第一双路RS232转换模块和第二双路RS232转换模块分别与外部柴油发电机的控制器和外部三相电参数仪进行RS485通信，通过第三双路RS232转换模块与外部wifi模块和2G通信模块连接；
所述开关量隔离输入电路包括多个开关量隔离子电路，用于将外接开关量进行隔离后输入给所述CPU控制模块，所述开关量隔离继电器输出控制电路包括多个开关量隔离输出子电路，用于将所述CPU控制模块输出的开关信号进行隔离后输出。
所述开关量隔离输入电路包括24路并联的开关量隔离输入子电路，所述开关量隔离继电器输出控制电路包括18路并联的开关量隔离继电器输出子电路。
每个开关量隔离输入子电路结构相同，其中一个开关量隔离输入子电路包括光耦UK4-1，电阻RK1和电阻RK2，所述光耦UK4-1的输入正极用于连接开关量信号，输入负极经电阻RK1后接地，输出正极与3.3V电源正极连接，输出负极经电阻RK2后接地，输出负极还与所述CPU控制模块的输入端连接；
每个开关量隔离输出子电路结构相同，其中一个开关量隔离输出子电路包括电阻RK1-1、三极管QK1-1、电阻RK1-3、光耦UK1-1、电阻RK1-4和三极管QK1-2，所述电阻RK1-1的一端与CPU控制模块的输出端连接，另一端与三极管QK1-1的基极连接，三极管QK1-1的集电极与5V电源正极连接，发射机经电阻RK1-3与光耦UK1-1的输入正极连接，光耦UK1-1的输入负极接地，输出正极与24V电源正极连接，输出负极经电阻RK1-4与三极管QK1-2的基极连接，三极管QK1-2的发射极接地，集电极与被控制继电器线圈的一端连接，被控制继电器线圈的另一端与电源正极连接。
开关量隔离子电路和开关量隔离输出子电路中光耦的型号为PC817，所述三极管QK1-1和三极管QK1-2为NPN型三极管。
第一双路RS232转换模块、第二双路RS232转换模块和第三双路RS232转换模块的主芯片信号为SP3232，所述CPU控制模块型号为STM32F407。
本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：本实用新型提供了一种风电叶片吊具控制电路，包括基于ARM—CortexM4内核的32位CPU控制模块、RS232转换电路、开关量隔离输入电路和开关量隔离继电器输出控制电路，实现了风电叶片吊具控制电路所需的全隔离电源，信号交互和通信交互和控制信号输出，也就是说，本实用新型不仅可以实现对风电叶片吊具的控制，而且，电路中设置的CPU具有一定的AI升级所需的运算潜力，为控制电路的AI智能化提供了基础。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种风电叶片吊具控制电路的结构框图；
图2为本实用新型实施例中CPU控制模块的电路原理图；
图3为本实用新型实施例中RS232转换电路的电路原理图；
图4和图5为本实用新型实施例中开关量隔离继电器输出控制电路的电路原理图；
图6为本实用新型实施例中RS232转换电路和开关量隔离继电器输出控制电路的端子连接图；
图7为本实用新型实施例中开关量隔离输入电路的电路原理图；
图8为本实用新型实施例中开关量隔离输入电路的端子连接图；
图9为本实用新型实施例中电源输入端子的电路原理图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型实施例提供了一种风电叶片吊具控制电路，包括CPU控制模块、RS232转换电路、开关量隔离输入电路和开关量隔离继电器输出控制电路，所述CPU控制模块的输入端与所述开关量隔离输入电路的输出端连接，输出端与所述开关量隔离继电器输出控制电路的控制端连接，输入输出端与所述RS232转换电路连接；所述RS232转换电路包括第一双路RS232转换模块、第二双路RS232转换模块和第三双路RS232转换模块，所述CPU控制模块通过第一双路RS232转换模块和第二双路RS232转换模块分别与外部柴油发电机的控制器和外部三相电参数仪进行RS485通信，通过第三双路RS232转换模块与外部wifi模块和2G通信模块连接。
具体地，如图2所示，本实施例中，所述CPU控制模块的CPU型号为STM32F407, 集成STM32F407、复位电路、程序下载电路、DC5V转3.3V电源电路。CPU通过GPIO管脚，接收开关量隔离输入电路输出的开关量隔离输入信号；同时，还可以向开关量隔离继电器输出控制电路输出开关量信号控制外部继电器。
具体地，如图1和3所示，本实施例中，第一双路RS232转换模块、第二双路RS232转换模块和第三双路RS232转换模块具体地为TTL232转RS232电路，其主芯片U2、U3和U4的型号为SP3232。每组SP3232又同时支持2路TTL232和RS232信号转换。其中，主芯片U2负责将CPU的TLL232串口2、串口3，转换为RS232串口信号U2_485、U3_485。U2_485用于连接外部RS485模块（和外部柴油发电机的控制器进行RS485通信）；U3_485同样用于连接外部RS485模块（和外部三相电参数仪，进行RS485通信）。主芯片U3负责将CPU的TLL232串口1、串口4，转换为RS232串口信号U1_WiFi、U4_2G；U1_WiFi用于连接外部的第一WiFi模块，进而和外部遥控计算机进行wifi通信，U4_2G用于连接外部2G手机短信模块。主芯片U4负责将CPU的TLL232串口5、串口6，转换为RS232串口U5_OUT、U6_OUT。U5_OUT 和U5_OUT分别用于连接外部的第二WiFi模块和第三WiFi模块，进而和外部各自对应的wifi设备，点对点通信。
如图4和5所示，本实施例中，开关量隔离继电器输出控制电路包括18个并联连接的开关量隔离输出子电路，一共支持18路控制信号疏输出；用于将所述CPU控制模块输出的开关信号进行隔离后输出。各个开关量隔离输出子电路的结构相同，每个子电路分别包括一个光耦，分别是光耦UK1—1至UK1—8、UK2—1至UK2—8、UK3—1至UK3—2。以其中一个为例，该开关量隔离输出子电路包括电阻RK1-1、三极管QK1-1、电阻RK1-3、光耦UK1-1、电阻RK1-4和三极管QK1-2，所述电阻RK1-1的一端与CPU控制模块的输出端连接，另一端与三极管QK1-1的基极连接，三极管QK1-1的集电极与5V电源正极连接，发射机经电阻RK1-3与光耦UK1-1的输入正极连接，光耦UK1-1的输入负极接地，输出正极与24V电源正极连接，输出负极经电阻RK1-4与三极管QK1-2的基极连接，三极管QK1-2的发射极接地，集电极与被控制继电器线圈的一端连接，被控制继电器线圈的另一端与电源正极连接。其中，光耦UK1-1的型号为PC817，三极管QK1-1和三极管QK1-2为NPN型三极管。
开关量隔离继电器输出子电路的工作原理为：左侧电阻RK1-1的一端连接CPU管脚PG2，当CPU输出高电平时，NPN型三极管（QK1-1）导通，继而光耦UK1-1的左侧内部导通；右侧检测到内部导通光线后，也导通，导致电阻RK1-4左侧出现DC24V高电平，NPN型三极管QK1-2导通，最终输出CP16被拉低（低电平），则外部继电器线圈工作。反之，QK1-1、光耦UK1-1、QK1-2都不通，外部继电器线圈断路，不工作。其中：三极管QK1-1确保CPU管脚驱动能力，三极管QK1-2确保光耦输出驱动能力。
如图6所示，为本实用新型实施例中RS232转换电路和开关量隔离继电器输出控制电路的端子连接图，其包括接线端子P2、P4和P5。
如图7所示，本实施例中，所述开关量隔离输入电路包括24路并联的开关量隔离输入子电路，一共支持24路外部DC24V开关量隔离输入；用于将外接开关量进行隔离后输入给所述CPU控制模块。其中，各个开关量隔离输入子电路的结构相同，以其中一个为例，该开关量隔离输入子电路包括光耦UK4-1，电阻RK1和电阻RK2，所述光耦UK4-1的输入正极用于连接外部开关量信号IN1，其电压值为DC24CV，输入负极经电阻RK1后接地，输出正极与3.3V电源正极连接，输出负极经电阻RK2后接地，输出负极还与所述CPU控制模块的输入端连接；其中，光耦UK4-1的型号为PC817，用于信号隔离。
开关量隔离输入子电路的工作原理为：当外部开关量信号IN1是高电平（DC24V）时，光耦UK4-1的左边内部发光二极管工作，电阻RK1限流，防止此发光二极管过流；右边内部光敏检测部件，由U1（CPU控制模块）提供DC3.3V电压，此检测部件检测到左侧内部发光二极管的光线后，产生导通电流，此电流将在电阻RK2上产生电压。U1的CPU（STM32F407）PE3管脚检测此电压变化，当电压由0跳变至3V（2.7—3.1V）时，证明外部左侧输入IN1是高电平。若IN1为低电平（0V），内部二极管不通，不发光，右侧的检测电路，不会产生导通电流，PE3将被电阻RK2拉低至“GND”。因此，实现了外部开关量至CPU的隔离输入。
如图8所示，为本实施例开关量隔离输入电路的端子连接图，其包括端子P8和端子P9。
如图9所示，为本实施例中电源输入端子的连接示意图，电源输入端子为P1，其用于输入24V和5V直流电压，还可以将CPU控制模块输出LED1-PE7和LED2-PE8的信号输出，也可以将ADC1 IN1以及ADC2 IN2信号输入CPU控制模块。
综上所述，本实用新型提供了一种风电叶片吊具控制电路，其包括CPU控制模块、RS232转换电路、开关量隔离输入电路和开关量隔离继电器输出控制电路，不仅可以对风电叶片吊具进行控制，实现了风电叶片吊具控制电路所需的全隔离电源，信号交互和通信交互和控制信号输出，而且，电路中设置的CPU具有一定的AI升级所需的运算潜力，为控制电路的AI智能化提供了基础。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种风电叶片吊具控制电路，其特征在于，包括CPU控制模块、RS232转换电路、开关量隔离输入电路和开关量隔离继电器输出控制电路，所述CPU控制模块的输入端与所述开关量隔离输入电路的输出端连接，输出端与所述开关量隔离继电器输出控制电路的控制端连接，输入输出端与所述RS232转换电路连接；
所述RS232转换电路包括第一双路RS232转换模块、第二双路RS232转换模块和第三双路RS232转换模块，所述CPU控制模块通过第一双路RS232转换模块和第二双路RS232转换模块分别与外部柴油发电机的控制器和外部三相电参数仪进行RS485通信，通过第三双路RS232转换模块与外部wifi模块和2G通信模块连接；
所述开关量隔离输入电路包括多个开关量隔离子电路，用于将外接开关量进行隔离后输入给所述CPU控制模块，所述开关量隔离继电器输出控制电路包括多个开关量隔离输出子电路，用于将所述CPU控制模块输出的开关信号进行隔离后输出。
2.根据权利要求1所述的一种风电叶片吊具控制电路，其特征在于，所述开关量隔离输入电路包括24路并联的开关量隔离输入子电路，所述开关量隔离继电器输出控制电路包括18路并联的开关量隔离继电器输出子电路。
3.根据权利要求1所述的一种风电叶片吊具控制电路，其特征在于，每个开关量隔离输入子电路的结构相同，其中一个开关量隔离输入子电路包括光耦UK4-1，电阻RK1和电阻RK2，所述光耦UK4-1的输入正极用于连接开关量信号，输入负极经电阻RK1后接地，输出正极与3.3V电源正极连接，输出负极经电阻RK2后接地，输出负极还与所述CPU控制模块的输入端连接；
每个开关量隔离输出子电路的结构相同，其中一个开关量隔离输出子电路包括电阻RK1-1、三极管QK1-1、电阻RK1-3、光耦UK1-1、电阻RK1-4和三极管QK1-2，所述电阻RK1-1的一端与CPU控制模块的输出端连接，另一端与三极管QK1-1的基极连接，三极管QK1-1的集电极与5V电源正极连接，发射机经电阻RK1-3与光耦UK1-1的输入正极连接，光耦UK1-1的输入负极接地，输出正极与24V电源正极连接，输出负极经电阻RK1-4与三极管QK1-2的基极连接，三极管QK1-2的发射极接地，集电极与被控制继电器线圈的一端连接，被控制继电器线圈的另一端与电源正极连接。
4.根据权利要求3所述的一种风电叶片吊具控制电路，其特征在于，开关量隔离子电路和开关量隔离输出子电路中光耦的型号为PC817，所述三极管QK1-1和三极管QK1-2为NPN型三极管。
5.根据权利要求1所述的一种风电叶片吊具控制电路，其特征在于，第一双路RS232转换模块、第二双路RS232转换模块和第三双路RS232转换模块的主芯片信号为SP3232，所述CPU控制模块型号为STM32F407。
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