專利名稱：一種順序記錄風力發(fā)電機組故障的系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及風電技術領域，具體地，涉及一種順序記錄風力發(fā)電機組故障的系統(tǒng)。
背景技術：
一直以來，風力發(fā)電機組因所處地域偏遠，中控室距離風場較長，人員稀少，尤其是海上風機更是如此，風機運營商能夠看到的是通過中控室監(jiān)控平臺PC機上的SCADA監(jiān)控系統(tǒng)獲得的數據，故障的記錄也只能是以每一秒做一個時間間隔記錄的，而風機主控系統(tǒng)運行周期是O. 01s，即10ms，根據香農定理，故障記錄的頻率需要至少高于故障的2倍以上才能夠準確覆蓋故障發(fā)生的頻率，因此，現有的SCADA方式滿足不了故障記錄的需求，實現不了對于風機故障的準確判斷，掩蓋了相關的問題，造成了較大的安全隱患。

實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種順序記錄風力發(fā)電機組故障的系統(tǒng)，可在遠程及時了解風力發(fā)電機組出現的故障，降低安全隱患。為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案一種順序記錄風力發(fā)電機組故障的系統(tǒng)，包括分布于風力發(fā)電機組PLC控制器及外圍設備上的多個微秒級的故障記錄裝置，所述多個微秒級的故障記錄裝置通過故障記錄處理系統(tǒng)連接無線網關，無線網關通過路由器連接中控室監(jiān)控平臺上裝有SCADA軟件的PC機。進一步地，所述微秒級的故障記錄裝置包括FPGA、CPLD或MCU及與FPGA、CPLD或MCU連接的外圍相關電路；所述FPGA、CPLD或MCU包括依次連接的故障數據接收模塊、數據鎖存器及故障記錄模塊，還包括與故障記錄模塊連接的時鐘模塊、定時器，以及與時鐘模塊、定時器連接的時鐘基準模塊；且所述故障數據接收模塊與對應的PLC控制器或外圍設備連接；所述外圍相關電路包括晶振電路、無線通訊模塊及GPS授時電路；所述無線通訊模塊通過故障記錄處理系統(tǒng)與無線網關通訊連接，GPS授時電路與時鐘基準模塊連接。進一步地，所述外圍相關電路通過ARM與FPGA、CPLD或MCU連接；所述ARM包括與故障記錄模塊連接的通訊接口、與時鐘基準模塊連接的時間獲取模塊及與時間獲取模塊連接的定時器及計時模塊。進一步地，所述外圍相關電路還包括與ARM連接的JTAG調試接口模塊。進一步地，所述外圍相關電路還包括看門狗電路及與故障記錄模塊連接的數據斷電保存模塊，以及連接在故障數據接收模塊與對應的PLC控制器或外圍設備之間的光耦。進一步地，所述MCU為ARM、單片機或POWERPC。進一步地，所述外圍設備包括變槳設備、變頻器設備、發(fā)電機設備及偏航設備。與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果1、本實用新型能夠在必要的時候實時記錄風機故障，并能夠及時通過無線網關傳輸給遠程SCADA系統(tǒng)，可在遠程及時了解到風力發(fā)電機組出現的故障，降低安全隱患。2、該順序記錄風力發(fā)電機組故障的系統(tǒng)不依賴于PLC控制器，SCADA可以單獨調出故障記錄，避免了因PLC控制器自身出現問題后SCADA無法獲得數據的問題。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。

圖1為本實用新型的整體原理圖；圖2為故障記錄裝置的原理圖一；圖3為故障記錄裝置的原理圖二；圖4為故障記錄裝置的原理圖三；圖5為發(fā)送數據的報文形式；圖6為無線網關的運行程序流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。如圖1所示，為本實用新型的一種順序記錄風力發(fā)電機組故障的系統(tǒng)，其中，順序記錄表明時間間隔的可分辨性，比實時記錄更為精準，包括分布于風力發(fā)電機組PLC控制器及外圍設備(包括變槳設備、變頻器設備、發(fā)電機設備、偏航設備及其它設備)上的多個微秒級的故障記錄裝置，多個微秒級的故障記錄裝置通過故障記錄處理系統(tǒng)連接無線網關，無線網關通過路由器連接中控室監(jiān)控平臺的PC機，PC機上裝有SCADA軟件。其中，故障記錄處理系統(tǒng)用于將各個分布設備上的故障信息的數據的資料進行收集并通過無線網關傳輸數據，以及響應PC機上SCADA傳輸過來的指令，有選擇地提供SCADA需要的故障數據。本實用新型的上述系統(tǒng)，根據風機的特性，其中的微秒級的故障記錄裝置是分布式的，分別關聯關鍵設備的關鍵跳閘停機信號，如PLC心跳信號，變槳的故障信號及相關數據，變頻器故障信號及相關數據，發(fā)電機故障信號及相關數據，齒輪箱故障信號及相關數據，偏航的故障信號及相關數據等等。各個分布于PLC控制器及外圍設備的微秒級的故障記錄裝置分別獨立記錄故障，當有故障發(fā)生時，各自獨立的故障記錄裝置將該故障時間和數據記錄下來形成相應報表，并通過故障記錄處理系統(tǒng)傳輸給無線網關，無線網關通過路由器經光纜傳送給遠在中控室監(jiān)控平臺的PC機。當發(fā)生故障時，PC機上的SCADA軟件能夠及時看到故障發(fā)生的時間，并調出相應報表。更重要的是，該系統(tǒng)不依賴于PLC控制器，SCADA可以單獨調出故障記錄，避免了因PLC控制器自身出現問題后SCADA無法獲得數據的問題。如圖2所示，為一種形式的微秒級的故障記錄裝置，該裝置的電路包括FPGA和ARM以及外圍相關電路；其中，FPGA包括依次連接的故障數據接收模塊、數據鎖存器及故障記錄模塊，還包括與故障記錄模塊連接的時鐘模塊、定時器，以及與時鐘模塊、定時器連接的時鐘基準模塊；且故障數據接收模塊與對應的PLC控制器或外圍設備連接；ARM包括與故障記錄模塊連接的通訊接口、與時鐘基準模塊連接的時間獲取模塊及與時間獲取模塊連接的定時器及計時模塊；外圍相關電路包括晶振電路、無線通訊模塊及GPS授時電路，分別與ARM連接，且無線通訊模塊通過故障記錄處理系統(tǒng)與無線網關通訊連接，GPS授時電路與時間獲取模塊連接。另外，在FPGA外圍還連接有數據斷電保存模塊、看門狗電路及光耦，其中數據斷電保存模塊與故障記錄模塊連接，光耦與故障數據接收模塊連接；ARM外圍還連接有JTAG調試接口模塊。ARM有以下作用1、通過GPS授時電路獲得當前系統(tǒng)時間(由GPS授時電路及時間獲取模塊完成)；2、獲得當前系統(tǒng)時間之后自動以微妙計時(由定時器及計時模塊完成，定時器的作用是每隔一段時間獲取當前所接外圍設備狀態(tài)，如果有故障則進入故障處理)；3、將時鐘基準提供給FPGA的時鐘基準模塊(由GPS授時電路及時間獲取模塊完成);4、當檢測至IJ有故障發(fā)生時，從FPGA的故障記錄模塊讀取當前故障值(由與故障記錄模塊連接的通訊接口完成)；5、將獲得到的故障信息通過無線通訊模塊及故障記錄處理系統(tǒng)傳輸給無線網關。FPGA有以下作用1、通過故障數據接收模塊獲取當前外部故障信號數值；2、數據鎖存；3、記錄故障發(fā)生的時間和內容；4、將數據及時存儲到數據斷電保存模塊以實現掉電自保持。其中，時鐘基準模塊用于從ARM模塊電路中獲取時間基準，獲取當前GPS的時間，時鐘模塊和定時器用于進行微秒級計時。上述順序記錄風力發(fā)電機組故障的系統(tǒng)，其中，外部故障信號經光耦轉變成適用于FPGA接口的電壓信號，并設置該端口正常為高電平，發(fā)生故障時為低電平，一旦有故障產生，該點就會保持低電平不變直到故障排除。針對這種特征，在ARM端采用定時中斷循環(huán)查詢(即利用定時器計時，產生的時間中斷提供給ARM，讓ARM執(zhí)行循環(huán)查詢外部是否有故障)方式來判定故障通道的狀態(tài)。定時中斷程序通過對ARM地址總線在FPGA中進行譯碼而順序鎖定被檢測通道的電平值，然后再經數據總線傳回ARM(順序記錄是表明時間的間隔很短，短到微秒級而不是毫秒級)，對于PLC控制器的判定和其它外圍設備不同的是，該故障點是采用在一定時間間隔下是否獲得心跳信號。一種順序記錄風力發(fā)電機組故障的方法為通過GPS獲取一個基準時間，該基準時間的最小單位是秒，然后以該基準時間為初始值以微秒為單位進行計時，直到下一秒鐘GPS同步信號過來后再清零；每隔一段時間T，獲取當前外圍設備的IO電平值并判斷是否有故障發(fā)生及獲取主控PLC的心跳信號并判斷是否有故障發(fā)生；當有故障發(fā)生時，接收故障信息，將故障信息進行鎖存，并且記錄故障信息及記錄根據計時所確定的故障發(fā)生的時間，并將獲得到的故障的時間以及故障信息通過無線網關及路由器傳輸給中控室監(jiān)控平臺的PC機上的監(jiān)控系統(tǒng)。本實用新型之所以采用主機查詢方式而不采用故障中斷方式主要是考慮到由于檢測通道或設備受到短時干擾而產生電平隨機反轉，造成故障中斷觸發(fā)，形成虛假報警。此外為了防止突然掉電的情況，FPGA也及時將該故障寫入數據斷電保存模塊中。數據獲取的時間間隔T以微秒為基準單位，所記錄的時間間隔要遠小于主控系統(tǒng)IOms運行時間間隔，因此，這種方法和系統(tǒng)完全能夠滿足實際運行需要，此外，配合上位機的開發(fā)，根據故障的傳輸能夠做出相應的報表。如圖3所示，為另一種形式的微秒級的故障記錄裝置，和圖2所示的故障記錄裝置的功能相同，不同的是不需要ARM，只需要一個FPGA，也可以是CPLD ;外圍電路直接連接到FPGA或CPLD。如圖4所示，又是另一種形式的微秒級的故障記錄裝置，和圖3所示的故障記錄裝置的功能相同，不同的是不需要FPGA，而是僅由一個MCU完成，該MCU可以是ARM，單片機或POWERPC，MCU上無需連接JTAG調試接口。如圖5所示為經故障記錄處理系統(tǒng)及無線網關傳輸給無線路由的報文形式，其中故障字以及故障發(fā)生時間所占字節(jié)根據所選故障內容而定。如圖6所示,無線網關的功能如下所示無線網關初始化之后，進入主流程，然后計時，當到達用戶規(guī)定的毫秒級時間時，輪詢各個故障記錄裝置其對應的主控PLC或外圍設備是否有故障，如果沒有故障，則重新置數，如果有故障，則發(fā)出指令，令相應的故障記錄裝置傳輸過來自己的故障編碼，對這個編碼解析，然后通過TCP/IP協(xié)議傳輸給路由器后進入新一輪循環(huán)，路由器通過內網傳輸給中控室監(jiān)控平臺的PC機。最后應說明的是以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種順序記錄風力發(fā)電機組故障的系統(tǒng)，其特征在于，包括分布于風力發(fā)電機組PLC控制器及外圍設備上的多個微秒級的故障記錄裝置，所述多個微秒級的故障記錄裝置通過故障記錄處理系統(tǒng)連接無線網關，無線網關通過路由器連接中控室監(jiān)控平臺上裝有SCADA軟件的PC機。
2.根據權利要求1所述的順序記錄風力發(fā)電機組故障的系統(tǒng)，其特征在于，所述微秒級的故障記錄裝置包括FPGA、CPLD或MCU及與FPGA、CPLD或MCU連接的外圍相關電路； 所述FPGA、CPLD或MCU包括依次連接的故障數據接收模塊、數據鎖存器及故障記錄模塊，還包括與故障記錄模塊連接的時鐘模塊、定時器，以及與時鐘模塊、定時器連接的時鐘基準模塊；且所述故障數據接收模塊與對應的PLC控制器或外圍設備連接； 所述外圍相關電路包括晶振電路、無線通訊模塊及GPS授時電路；所述無線通訊模塊通過故障記錄處理系統(tǒng)與無線網關通訊連接，GPS授時電路與時鐘基準模塊連接。
3.根據權利要求2所述的順序記錄風力發(fā)電機組故障的系統(tǒng)，其特征在于，所述外圍相關電路通過ARM與FPGA、CPLD或MCU連接；所述ARM包括與故障記錄模塊連接的通訊接口、與時鐘基準模塊連接的時間獲取模塊及與時間獲取模塊連接的定時器及計時模塊。
4.根據權利要求3所述的順序記錄風力發(fā)電機組故障的系統(tǒng)，其特征在于，所述外圍相關電路還包括與ARM連接的JTAG調試接口模塊。
5.根據權利要求2所述的順序記錄風力發(fā)電機組故障的系統(tǒng)，其特征在于，所述外圍相關電路還包括看門狗電路及與故障記錄模塊連接的數據斷電保存模塊，以及連接在故障數據接收模塊與對應的PLC控制器或外圍設備之間的光耦。
6.根據權利要求2所述的順序記錄風力發(fā)電機組故障的系統(tǒng)，其特征在于，所述MCU為ARM、單片機或POWERPC。
7.根據權利要求1所述的順序記錄風力發(fā)電機組故障的系統(tǒng)，其特征在于，所述外圍設備包括變槳設備、變頻器設備、發(fā)電機設備及偏航設備。
專利摘要本實用新型公開了一種順序記錄風力發(fā)電機組故障的系統(tǒng)，包括分布于風力發(fā)電機組PLC控制器及外圍設備上的多個微秒級的故障記錄裝置，多個微秒級的故障記錄裝置通過故障記錄處理系統(tǒng)連接無線網關，無線網關通過路由器連接中控室監(jiān)控平臺上裝有SCADA軟件的PC機。其中，分布式的各個微秒級的故障記錄裝置分別關聯關鍵設備的關鍵跳閘停機信號，并且分別獨立記錄故障，當有故障發(fā)生時，故障通過各自獨立的故障記錄裝置將該故障時間和數據記錄下來形成相應報表，并由故障記錄處理系統(tǒng)傳輸給無線網關，無線網關通過路由器經光纜傳送給遠在中控室監(jiān)控平臺的PC機，可在遠程及時了解風力發(fā)電機組出現的故障，降低安全隱患。
文檔編號F03D7/00GK202867087SQ20122052988
公開日2013年4月10日 申請日期2012年10月16日 優(yōu)先權日2012年10月16日
發(fā)明者朱蓮, 楊寧, 張凱, 劉紅 申請人:國電聯合動力技術有限公司