[发明专利]一种用于风力发电机组变桨控制系统的板式可编程控制器

说明书

一种用于风力发电机组变桨控制系统的板式可编程控制器，包括主控板和IO板。所述主控板集成控制单元、电源单元、SPI‑IO驱动单元、以太网通信单元、Canopen通信单元；所述IO板集成通信控制单元、电源单元、SIP‑IO驱动单元、SPI驱动单元和GPIO单元，实现有源24V数字量输入、有源24V数字量输出、SSI模拟量输入以及RTD热电阻温度采集模拟量输入，IO通道数量根据变桨控制器定制，足够所需参数采集。采用大小核双核控制，双重故障诊断逻辑，以板式结构代替模块化结构，从而有效增强控制系统可靠性，减小控制器体积。

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力发电机组变桨控制系统的板式可编程控制器(PLC)。

背景技术

变桨不仅是风机功率控制部件，也是实现风机空气动力刹车安全部件。变桨运动控制器是变桨控制柜内核心控制器件，直接关系到风机安全。近几年我国风电行业发展迅猛，开始从粗放式数量扩张向提高质量、降低全寿命周期风电成本的方向转变。然而对国外品牌PLC的依赖限制了风电企业产品灵活生产能力和对设备安全可靠性的自主控制能力，不能有效降低设备生产成本与发电成本。此外，传统PLC形状固定，模块较多，对变桨轴箱的结构设计约束性较高，模块固定与通信设计方案较为局限。

发明内容

为了克服当前风电变桨控制系统自主化发展的瓶颈，本发明提出一种集成多路高速同步IO通信口的板式PLC，以板式结构代替模块化结构，从而有效减小PLC系统结构体积。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于风力发电机组变桨控制系统的板式可编程控制器，控制器采用双核控制板式结构，包括主控板和IO板，其特征在于：

所述IO板和主控板采用SPI方式实现通信；

所述IO板负责收发模拟量、数字量数据，将所采集变桨系统运行数据基于SPI通讯上传至主控板，同时接收主控板下发的模拟量、数字量输出指令，转换后将指令输出至被控设备；

所述主控板接收IO板上传的变桨系统运行数据，对变桨系统运行数据处理转换后发送至主控PLC，所述运行数据包括风电机组电机运行数据、轴箱环境数据、位置反馈；主控板同时接收风机主控PLC下发的桨叶位置角度控制指令，转换为桨叶实际应转动角度并向伺服驱动器下发，实现对叶片位置角度的控制。

本发明进一步包括以下优选方案：

所述IO板包括IO板电源单元、通信控制单元、SPI驱动单元、GPIO驱动单元、IO板侧SPI-IO驱动单元；

所述IO板电源单元通过电源转换，为整个IO板提供直流电源；

所述SPI驱动单元设计四路两线制热电阻信号采集通道，通过连接PT100温度传感器采集变桨系统的温度数据，通过连接伺服电机SSI编码器采集叶片转向、转速、位置角度数据；

所述GPIO驱动单元设置独立IO通道，实现有源24V数字量输入和有源24V数字量输出；

所述IO板侧SPI-IO驱动单元负责和主控板连接通讯，将IO板所采集变桨系统运行数据上传至主控板；

所述通信控制单元包含IO处理器，分别与IO板电源单元、SPI驱动单元、GPIO驱动单元、IO板侧SPI-IO驱动单元相连，负责SPI驱动单元和GPIO驱动单元所执行数据采集任务的调度以及IO板侧SPI-IO驱动单元与主控板的主从通信任务处理。

所述IO处理器设定独立于主控板的通讯故障诊断处理逻辑，当判断通讯状态异常时，将启用相应故障模式，使风电机组整体进入紧急停机状态，配合主控板故障诊断达到双重的故障保护功能。