專利名稱：雙饋風力發(fā)電機組的安全鏈單元的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電機組的安全鏈單元。
背景技術：
目前在各種類型風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)中，安全鏈回路均采用單通道輸入，單 通道輸出的形式，等級和安全性能都較低，當安全鏈中的某個節(jié)點發(fā)生故障，就會造成機組 停機，直到系統(tǒng)維護完成?；蛘咭誀奚鼨C組安全為代價，短接或屏蔽故障點換取機組的暫時 工作。而且對于單通道輸出安全鏈，在安全鏈回路輸出繼電器的觸點發(fā)生粘連時，就會造成 安全鏈無輸出或常輸出，從而威脅機組的安全。專利2010100171 . 0提出了一種單通道安全鏈結構。該安全系統(tǒng)包括電源、紐纜 開關、振動保護開關、電網(wǎng)保護開關、變流器保護開關、機艙和塔座急停按鈕、分布式心跳監(jiān) 視開關、轉速保護開關和安全繼電器。該安全系統(tǒng)將以上節(jié)點以常閉觸點的形式串聯(lián)成一 條回路，當任何一點動作后，安全繼電器動作，控制系統(tǒng)執(zhí)行安全停機。專利2010100171 . 0提出的安全鏈使用的是單通道輸入的方式，其主要缺點是 當鏈條中的任意一個器件故障時，安全系統(tǒng)就無法正常工作，導致機組停機，直到故障修 復，引起機組的長時間停機，影響機組發(fā)電效率。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有單通道安全鏈系統(tǒng)出現(xiàn)故障后無法正常工作，影響機組 發(fā)電效率的缺點，提出一種具有雙通道輸入輸出的安全鏈系統(tǒng)，以便對風機的極端情況做 更嚴密的保護。本發(fā)明采用以下技術方案本發(fā)明雙饋風力發(fā)電機組的安全鏈單元包括六個組成部分供電電源、安全繼電 器、第一組安全觸點、第二組安全觸點、安全鏈復位按鈕和安全鏈輸出控制繼電器，上述部 件之間以安全繼電器為核心，通過硬接線將供電電源、第一組安全觸點、第二組安全觸點、 安全鏈復位按鈕和安全鏈輸出控制繼電器接入安全繼電器的相應通道電源的輸出接入安 全繼電器的電源端；第一組安全觸點和第二組安全觸點分別接入安全繼電器的兩個輸入 通道；安全鏈復位按鈕接入安全繼電器的復位端口 ；安全鏈單元的輸出由兩個繼電器組組 成；這兩個繼電器的線圈并聯(lián)后再分別接入安全繼電器的兩個輸出通道。所述的安全鏈單元是一個以安全繼電器為核心部件的硬件的機組安全保護回路。 安全鏈單元獨立于雙饋風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)工作，安全鏈單元與風力發(fā)電機組控制系 統(tǒng)的中央控制器通過看門狗信號連接起來，監(jiān)視風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)。安 全鏈單元與機組的控制系統(tǒng)之間的信號聯(lián)系是雙饋風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)向安全鏈單元 發(fā)送持續(xù)的看門狗脈沖信號，安全鏈單元接收到此脈沖信號后給所述的雙饋風力發(fā)電機組 控制系統(tǒng)的中央控制器發(fā)送安全鏈閉合信號，然后中央控制器再給控制系統(tǒng)的其他單元， 如機艙控制單元、變流器通訊單元、變槳系統(tǒng)通訊單元等發(fā)送安全鏈閉合信號，機組才能進行正常的工作。本發(fā)明所述控制系統(tǒng)的中央控制器放置在塔基柜內構成塔基控制單元，機 艙控制器放在機艙控制柜內構成機艙控制單元，塔基控制單元與機艙控制單元之間采用光 纖以太網(wǎng)方式連接。安全鏈單元的核心器件安全繼電器放在機艙控制柜內。本發(fā)明的安全鏈單元的工作原理如下所述的雙饋風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)上電 后，機組可以通過復位按鈕來復位安全鏈，安全繼電器得到復位信號后，檢查安全繼電器的 兩路輸入，如果全部輸入信號急停按鈕沒有按下，左紐纜開關未觸發(fā)，右紐纜開關未觸發(fā)， 振動開關未觸發(fā)，超速繼電器沒有觸發(fā)，控制系統(tǒng)CPU發(fā)出看門狗信號，則安全繼電器輸出 通道有24V輸出，接在安全繼電器輸出通道的接口繼電器得電，由該繼電器的輔助觸點控 制的執(zhí)行機構的電源接通，執(zhí)行機構動作；反之如果輸入通道中的任何一個輸入點沒有閉 合，安全繼電器沒有輸出。本發(fā)明具有以下特征(1)本發(fā)明的安全鏈單元中采用PILZ的安全繼電器PONZ X3P。安全繼電器內置 雙核CPU;該安全繼電器具有雙輸入和單輸入兩種選擇，本發(fā)明雙饋風力發(fā)電機組控制系 統(tǒng)的安全鏈單元采用雙路安全觸點，同時接入安全繼電器的雙輸入通道；安全繼電器自帶 3個安全輸出觸點，可以同時控制多路輸出信號；(2)安全繼電器有手動復位和上電自動復位兩種復位方式；控制系統(tǒng)可以選擇使 用手動復位或上電自動復位，但是只能選擇其中一種；(3)控制系統(tǒng)的外圍安全觸點使用兩路，這就要求每個執(zhí)行機構要提供兩對接入 安全鏈的常閉觸點。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明電路實施簡單，又可以有效的起到保護作用，主要優(yōu)點(1)本發(fā)明控制系統(tǒng)的安全鏈有單輸入和雙輸入兩種選擇，當安全鏈中的某一個 或幾個觸點故障，只要觸點不重復，就可以將非故障觸點相連，接入安全繼電器的單輸入通 道，這樣又構成了常規(guī)機型的安全鏈，可避免常規(guī)控制系統(tǒng)中當安全鏈的某一個環(huán)節(jié)出現(xiàn) 故障時，需要停止機組運行或暫時屏蔽故障讓機組繼續(xù)運行帶來的風險，減少機組停機時 間；(2)安全繼電器的兩個輸入通道內置了兩個脈沖發(fā)生器，可以發(fā)出兩個不同頻率 的脈沖，如果兩組輸入觸點發(fā)生短路，就會在兩個通道得到兩個相同頻率的脈沖，測試人員 就可以及時發(fā)現(xiàn)故障所在；(3)安全鏈的外部輸出回路也采用了雙繼電器控制回路，這樣又大大降低繼電器 的故障率，同時由于控制輸出回路較多，可以通過繼電器的輔助觸點進行擴容。
圖1控制系統(tǒng)結構圖；圖2安全鏈回路電氣原理圖；圖3安全鏈回路動作軟件流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施方式
進一步說明本發(fā)明。
圖1給出的是應用本發(fā)明的安全鏈單元的控制系統(tǒng)的結構圖。該雙饋風力發(fā)電 機組控制系統(tǒng)采用兩柜式設計，即包括塔基柜和機艙柜兩個部分。該控制系統(tǒng)主要包括塔 基控制單元、機艙控制單元、安全鏈單元、變流器通訊單元、變槳系統(tǒng)通訊單元、中央監(jiān)控系 統(tǒng)(SCADA)通訊單元和人機操作界面(HMI)單元。塔基控制單元放在塔基柜內，機艙控制 單元放置在機艙柜中。塔基柜控制單元與機艙控制單元之間采用光纖以太網(wǎng)方式連接，在 塔基控制單元和機艙控制單元之間增加兩個工業(yè)以太網(wǎng)交換機作為接口模塊。所述的控制 系統(tǒng)與變流器通訊單元、變槳系統(tǒng)通訊單元之間的通訊均采用PR0FIBUS-DP通訊方式；塔 基控制單元與SCADA單元和HMI單元均采用以太網(wǎng)通訊，由于SCADA單元需要組網(wǎng)，所以在 SCADA單元側增加一個工業(yè)以太網(wǎng)交換機。本發(fā)明安全鏈單元與該控制系統(tǒng)通過看門狗信 號連接起來。以上塔基控制單元、機艙控制單元、安全鏈單元、SCADA單元和HMI單元在現(xiàn) 代風力發(fā)電機組中屬于常規(guī)設置單元。圖2所示為本發(fā)明雙饋風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)中的安全鏈單元的主要構成。如圖 2所示，安全鏈單元包括供電電源1、安全繼電器2、第一組安全觸點3、第二組安全觸點4、 安全鏈復位按鈕5和安全鏈輸出控制繼電器組6。其中第一組安全觸點3包括左紐纜開 關3. 1、超速繼電器開關3. 2、看門狗繼電器開關3. 3、右紐纜開關3. 4、振動開關3. 5、急停按 鈕開關3. 6 ；其中第二組安全觸點4包括左紐纜開關4. 1、超速繼電器開關4. 2、看門狗繼 電器開關4. 3、右紐纜開關4. 4、振動開關4. 5、急停按鈕開關4. 6。所述的看門狗信號用以 檢測風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的CPU的死機等故障；所述的超速信號用于防止風機過速；所 述的左右紐纜信號防止風力發(fā)電機組的過度紐纜；所述的振動信號防止風機過振動；所述 的急停信號用于在極端情況下緊急停機。安全鏈單元的六個組成部分供電電源1、安全繼電器2、第一組安全觸點3、第二 組安全觸點4、安全鏈復位按鈕5和安全鏈輸出控制繼電器組6之間用硬接線相互連接，供 電電源1的輸出接入安全繼電器2的電源端；第一組安全觸點3和第二組安全觸點4分別 接入安全繼電器2的兩個輸入通道S21、S22和S31、S32 ；復位按鈕5接入安全繼電器的復 位端口 S33、S34 ；兩個安全鏈輸出控制繼電器組6由兩個繼電器2K1、2K2組成，這兩個繼電 器Ι1、2Κ2的線圈先并聯(lián)，然后再分別接入安全繼電器的輸出通道13、14和23、24，以上六 個部分之間以硬接線的方式相連。本發(fā)明的工作原理如圖2所示第一組安全觸點3和第二組安全觸點4以常閉的 形式串進安全繼電器2的兩個輸入通道S21、S22和S31、S32，所述的兩個輸入通道S21、S22 和S31、S32同時工作，其中風力發(fā)電機組任何一個環(huán)節(jié)的故障都會引起安全鏈斷開，機組 緊急停機。該安全繼電器2還內置一個單輸入通道Sll、S12，這個單輸入通道與兩個輸入 通道并行，當兩個輸入通道發(fā)生故障時，可以使用單輸入通道，以保證機組的正常工作。當 安全鏈單元中的某個節(jié)點故障時，可將兩個輸入通道中的一組接入單輸入通道S11、S12，使 安全鏈可正常使用。安全繼電器的復位端口 S33、S34用來接收安全鏈復位信號，此信號是個脈沖信 號，安全繼電器檢測到復位信號后，對安全繼電器2的兩個輸入通道S21、S22和S31、S32的 輸入信號進行自檢，當輸入通道S21、S22和S31、S32的第一組安全觸點3和第二組安全觸 點4都是閉合狀態(tài)，安全繼電器有電信號輸出，安全繼電器的復位端口 S33、S34連接安全鏈 單元中的復位按鈕，與其他外部回路沒有任何聯(lián)系。復位端口 S33、S34是手動復位通道，接入了一個手動復位按鈕，也可以接入多個復位按鈕，按鈕之間并聯(lián)連接；當按下復位按鈕， 安全繼電器檢測到復位脈沖，如果輸入通道的全部常閉觸點閉合，則安全繼電器輸出MV， 安全鏈閉合。安全繼電器2的S13、S14是一組自動復位端口，當選擇手動復位時，不能將自 動復位通道短接，由此安全繼電器會得到一個不間斷的復位輸入，致使安全繼電器無法正 常工作，所以將安全繼電器2的自動復位端口 S13、S14懸空。安全繼電器2的兩個輸出通道13、14和23、24同樣也使用了兩個繼電器控制執(zhí)行 機構的供電輸出。安全繼電器2的輸出通道接安全鏈單元中的安全鏈輸出控制繼電器組6 的線圈，安全鏈閉合后，源于安全繼電器自身的工作特性，安全繼電器2的輸出通道會有電 壓輸出，安全鏈輸出繼電器組6線圈帶電，串入執(zhí)行機構供電回路的輸出繼電器輔助觸點 得電，執(zhí)行機構帶電，反之失電。輸出繼電器組6的兩個繼電器2K1、2K2，當其中一個繼電器 的觸點發(fā)生粘連時，另一個繼電器的觸點可以斷開執(zhí)行機構的供電。整個安全鏈單元的工作原理是將第一組安全觸點3和第二組安全觸點4接入安 全繼電器的輸入通道，將復位按鈕5接入安全繼電器的復位通道，將輸出繼電器組6接入安 全繼電器的輸出通道，將供電電源1接安全繼電器的電源端。按下復位按鈕，安全繼電器檢 測到復位按鈕發(fā)來的復位脈沖，開始系統(tǒng)內部自檢，如果安全繼電器檢測到輸入通道的全 部輸入正常，則安全繼電器自身的輸出通道發(fā)出電壓信號，此電壓信號發(fā)送到安全鏈輸出 繼電器的線圈，使安全鏈輸出繼電器的線圈得電，從而控制安全鏈輸出繼電器的觸點吸合， 進而控制風力發(fā)電機組執(zhí)行機構的得電與失電。安全鏈單元工作完成。本發(fā)明可應用在其他機型的控制系統(tǒng)中；也可以根據(jù)機組實際情況改變安全鏈的 輸入輸出點數(shù)和信號內容，都可以實現(xiàn)同樣的控制目標。圖3給出了安全鏈單元的工作流程，安全鏈單元按如下邏輯工作101風力發(fā)電機 組控制系統(tǒng)開始上電自檢，102判斷機組狀態(tài)是否正常，如果不正常進入104報系統(tǒng)故障， 否則進入103，按下復位按鈕，程序進入判斷，105判斷看門狗信號，如果看門狗正常，進入 106判斷左紐纜是否達到極限，如果左紐纜未達到極限，進入107判斷右紐纜是否達到極 限，如果右紐纜未達到極限，進入108判斷振動信號，如果振動信號未達到極限，進入109判 斷轉速信號是否達到極限，如果轉速信號未達到極限，進入110判斷急停信號是否有效，如 果急停按鈕釋放則進入111安全鏈可以復位，以上對機組狀態(tài)、左紐纜、右紐纜、超速、振動 和急停信號判斷中，如有一條不成立則進入112，安全鏈不能復位。
權利要求
1.一種雙饋風力發(fā)電機組的安全鏈單元，其特征在于，所述的安全鏈單元包括供電電 源(1)、安全繼電器O)、第一組安全觸點(3)、第二組安全觸點G)、安全鏈復位按鈕(5)和 安全鏈輸出控制繼電器組(6)；供電電源⑴的輸出接入安全繼電器(2)的電源端；第一組 安全觸點(3)和第二組安全觸點(4)常閉的形式分別接入安全繼電器(2)的兩個輸入通道 (S21、S22、S31、S32)；復位按鈕( 接入安全繼電器的復位端口(S33、S34)；兩個安全鏈輸 出控制繼電器組(6)由兩個繼電器(11、1幻組成，所述的兩個繼電器ΟΚ1、2Κ2)的線圈 并聯(lián)后分別接入安全繼電器的兩個輸出通道(13、14、23、24)。
2.按照權利要求1所述的雙饋風力發(fā)電機組的安全鏈單元，其特征在于，所述的安全 鏈單元采用兩組安全信號，即第一組安全觸點(3)和第二組安全觸點(4)作為安全鏈單元 的輸入，安全繼電器O)的兩個輸入通道(S21、S22，S31、S32)同時工作。
3.按照權利要求1所述的雙饋風力發(fā)電機組的安全鏈單元，其特征在于，所述的安全 繼電器O)內置有單輸入通道(Sll、S12)，所述的單輸入通道(Sll、S12)與所述的兩個輸 入通道(S2US22, S3US32)并行。
4.按照權利要求1所述的雙饋風力發(fā)電機組的安全鏈單元，其特征在于，所述的第一 組安全觸點(3)和第二組安全觸點(4)均包括左紐纜信號、超速信號、看門狗信號、右紐纜 信號、振動信號和急停信號。
全文摘要
一種雙饋風力發(fā)電機組的安全鏈單元，包括供電電源(1)、安全繼電器(2)、第一組安全觸點(3)、第二組安全觸點(4)、安全鏈復位按鈕(5)和安全鏈輸出控制繼電器組(6)；供電電源(1)的輸出接入安全繼電器(2)的電源端；第一組安全觸點(3)和第二組安全觸點(4)常閉的形式分別接入安全繼電器(2)的兩個輸入通道(S21、S22、S31、S32)；復位按鈕(5)接入安全繼電器的復位端口(S33、S34)安全鏈輸出控制繼電器組(6)的兩個線圈(2K1、2K2)并聯(lián)分別接入安全繼電器的輸出通道(13、14、23、24)。兩個輸入通道(S21、S22、S31、S32)同時工作。安全繼電器(2)內置有單輸入通道(S11、S12)與所述的兩個輸入通道(S21、S22、S31、S32)并行。
文檔編號F03D7/00GK102080627SQ20111005068
公開日2011年6月1日 申請日期2011年3月3日 優(yōu)先權日2011年3月3日
發(fā)明者馮成, 王洪彬, 谷海濤 申請人:北京科諾偉業(yè)科技有限公司