專利名稱：采用pac平臺(tái)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，尤其涉及該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制器。
背景技術(shù)：
控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的核心部件，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行的根本 保證。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用控制器主要實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)、停機(jī)、偏航、變槳 等運(yùn)行控制。
現(xiàn)有技術(shù)中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用的控制器多采用PLC(Programmable Logic Controller)平臺(tái)，雖然PLC在抗強(qiáng)沖擊和振動(dòng)、工業(yè)級(jí)溫度范圍、實(shí) 時(shí)操作系統(tǒng)以及冗余電源的供給方面都與PAC的性能相當(dāng)，但是它在強(qiáng)大 的計(jì)算能力、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及通信處理方面還是略遜一籌。 采用常規(guī)的PLC平臺(tái)進(jìn)行風(fēng)機(jī)控制存在以下問題 首先，風(fēng)機(jī)控制是一個(gè)分時(shí)多任務(wù)的系統(tǒng)，它包含的控制模塊較多， 如變槳控制、偏航控制、制動(dòng)控制、溫度控制、錯(cuò)誤處理等，這些控制模 塊是并行執(zhí)行的且執(zhí)行速度各不相同，它們既相互獨(dú)立，數(shù)據(jù)間又保持一 定的相互關(guān)聯(lián)；而常規(guī)的PLC是采用"順序掃描，不斷循環(huán)"的方式進(jìn)行 工作，無法在同一時(shí)間執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，這使得風(fēng)機(jī)控制實(shí)時(shí)性受到一定的 局限性。
其次，風(fēng)機(jī)控制需要對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行高速采集，如風(fēng)速、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、 溫度等模擬量信號(hào)以及數(shù)字量信號(hào)，常規(guī)的PLC大多采用單任務(wù)的循環(huán)掃 描，這種機(jī)制導(dǎo)致了系統(tǒng)的控制速度完全取決于應(yīng)用程序的大小。當(dāng)應(yīng)用 程序過于復(fù)雜和龐大時(shí)，I/O通道中高實(shí)時(shí)性的控制要求便難以滿足。最后，風(fēng)機(jī)變槳控制中采用PID算法對(duì)槳距角進(jìn)行控制，若采用常規(guī) 的PLC,則必須用單獨(dú)的并可以獨(dú)立編程的硬件擴(kuò)展卡，這無疑需要額外 的、價(jià)格不菲的硬件。
如何采用一種更好的控制器平臺(tái)是技術(shù)人員要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供了一種采用PAC平臺(tái)的風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組用控制器，旨在解決上述的問題。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的-
本發(fā)明包括初始化程序模塊；所述的初始化程序模塊是將程序中的 一些變量設(shè)置初始值供后續(xù)計(jì)算；還包括 一個(gè)分時(shí)多任務(wù)的處理模塊； 所述的分時(shí)多任務(wù)的處理模塊包括通訊、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、風(fēng)機(jī)控制以及看門 狗四個(gè)模塊；所述的通訊模塊包括與顯示屏的人機(jī)界面交互以及和風(fēng)場(chǎng) 其它風(fēng)機(jī)之間的風(fēng)場(chǎng)通訊；狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊包括數(shù)據(jù)采集和故障監(jiān)測(cè)；風(fēng) 機(jī)控制模塊包括運(yùn)行控制、偏航控制、溫度控制以及潤(rùn)滑控制模塊。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是由于結(jié)合了PC處理器軟件豐 富和功能強(qiáng)大的特點(diǎn)以及PLC固有的可靠性和分布特性，對(duì)于風(fēng)機(jī)發(fā)電控 制這個(gè)分時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)、控制速度要求高且精確以及運(yùn)行條件惡劣的領(lǐng)域 是切實(shí)可行的。


圖l是本發(fā)明的模塊結(jié)構(gòu)圖2是采用圖1的硬件結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述 由圖1可見本發(fā)明包括初始化程序模塊；所述的初始化程序模塊 是將程序中的一些變量設(shè)置初始值供后續(xù)計(jì)算；還包括 一個(gè)分時(shí)多任務(wù)的處理模塊；所述的分時(shí)多任務(wù)的處理模塊包括通訊、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、風(fēng)機(jī) 控制以及看門狗四個(gè)模塊；所述的通訊模塊包括與顯示屏的人機(jī)界面交 互以及和風(fēng)場(chǎng)其它風(fēng)機(jī)之間的風(fēng)場(chǎng)通訊；狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊包括數(shù)據(jù)采集和 故障監(jiān)測(cè)；風(fēng)機(jī)控制模塊包括運(yùn)行控制、偏航控制、溫度控制以及潤(rùn)滑 控制模塊。
所述的運(yùn)行控制模塊是風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)的控制，在故障 發(fā)生時(shí)的制動(dòng)控制以及不同運(yùn)行狀態(tài)下的變槳控制；偏航控制模塊包括 自動(dòng)偏航、手動(dòng)偏航以及自動(dòng)解纜；溫度控制模塊是對(duì)溫度輸入模塊的各 溫度點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，超出限值后發(fā)出報(bào)警信息或是給控制器發(fā)出停機(jī)信號(hào)； 潤(rùn)滑控制模塊是監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)各部件的潤(rùn)滑是否正常。
本發(fā)明中的初始化程序是將程序中的一些變量設(shè)置初始值供后續(xù)計(jì) 算，然后進(jìn)入一個(gè)分時(shí)多任務(wù)的處理環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)包含通訊、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、 風(fēng)機(jī)控制以及看門狗四個(gè)部分。這四個(gè)部分在程序初始化后并行執(zhí)行，處 在不同的任務(wù)循環(huán)中，當(dāng)某個(gè)部分出現(xiàn)故障后，進(jìn)入故障處理程序，跳出 自己所在的任務(wù)循環(huán)。
通訊模塊包含兩個(gè)并行執(zhí)行的部分，與顯示屏的人機(jī)界面交互以及和 風(fēng)場(chǎng)其它風(fēng)機(jī)之間的風(fēng)場(chǎng)通訊；狀態(tài)監(jiān)測(cè)包含數(shù)據(jù)采集和故障監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)
采集通過掃描i/o端口的數(shù)值獲得當(dāng)前的輸入量信息，故障監(jiān)測(cè)則通過掃描
故障代碼是否被激活獲得當(dāng)前系統(tǒng)的故障信息；風(fēng)機(jī)控制包括運(yùn)行控制、 偏航控制、溫度控制以及潤(rùn)滑控制。運(yùn)行控制包括風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)各個(gè)運(yùn) 行狀態(tài)的控制，在故障發(fā)生時(shí)的制動(dòng)控制以及不同運(yùn)行狀態(tài)下的變槳控制； 偏航控制主要包括自動(dòng)偏航、手動(dòng)偏航以及自動(dòng)解纜等；溫度控制是對(duì)溫 度輸入模塊的各溫度點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，超出限值后發(fā)出報(bào)警信息或是給控制器 發(fā)出停機(jī)信號(hào)；潤(rùn)滑控制則是監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)部件，如齒輪、槳葉的潤(rùn)滑是否正 常。以上四個(gè)風(fēng)機(jī)控制的部分是控制器控制環(huán)節(jié)的關(guān)鍵所在。當(dāng)控制系統(tǒng)故障而失去控制能力時(shí)，系統(tǒng)看門狗將發(fā)揮作用，啟動(dòng)緊急停機(jī)程序，風(fēng) 機(jī)停止運(yùn)行。
由圖2可見本發(fā)明選用NI公司的PAC(Programmable Automation Controller)平臺(tái)來開發(fā)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用控制器。此外，該控制器良好的工業(yè) 級(jí)性能50g抗震，5g防振動(dòng)，-40°070°(:的溫度范圍也是選用它的一個(gè) 重要因素。因?yàn)榭刂破髦糜跈C(jī)艙中，距離塔底的距離有近百米，機(jī)艙內(nèi)的 振動(dòng)和沖擊都較強(qiáng)，而且控制器工作的溫度環(huán)境隨季節(jié)的不同變化較大， 工作條件較為惡劣。
控制器的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，CPU和擴(kuò)展機(jī)箱通過工業(yè)級(jí)以太網(wǎng) 交換機(jī)相連，另外兩個(gè)以太網(wǎng)接口一個(gè)用于計(jì)算機(jī)調(diào)試，另外一個(gè)接口為 備用。CPU所處背板包含3個(gè)數(shù)字量輸入模塊，3個(gè)數(shù)字量輸出模塊，l個(gè) 模擬量輸入模塊和1個(gè)模擬量輸出模塊；擴(kuò)展機(jī)箱所處背板包含1個(gè)數(shù)字 量輸入模塊、2個(gè)溫度輸入模塊以及5個(gè)備用的I/O模塊插槽。CPU通過工 業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)訪問擴(kuò)展機(jī)箱所處背板的模塊進(jìn)行相應(yīng)的控制，控制所 需的數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在128MB非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)和512MB的閃存中，實(shí)時(shí)程 序則通過以太網(wǎng)通信方式下載到控制器中運(yùn)行。此外，CPU中還包含1個(gè) RS485和3個(gè)RS232串口用于連接外設(shè)。
本發(fā)明中選用的PAC的優(yōu)勢(shì)就是將PLC和PC(Personal Computer)的優(yōu) 點(diǎn)溶為一體，既具有PLC的封裝、技術(shù)特點(diǎn)和穩(wěn)定性，又具有PC的軟件 豐富、應(yīng)用靈活、可連接性和功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，這些模塊在PAC中可通過 編程后下載至CPU中，在多任務(wù)操作系統(tǒng)的調(diào)度管理下，并行執(zhí)行。
另外，在PAC平臺(tái)中不但直接提供了PID控制算法，而且控制的精度 也較高。
權(quán)利要求
1、一種采用PAC平臺(tái)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用控制器，包括初始化程序模塊；所述的初始化程序模塊是將程序中的一些變量設(shè)置初始值供后續(xù)計(jì)算；其特征在于還包括一個(gè)分時(shí)多任務(wù)的處理模塊；所述的分時(shí)多任務(wù)的處理模塊包括通訊、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、風(fēng)機(jī)控制以及看門狗四個(gè)模塊；所述的通訊模塊包括與顯示屏的人機(jī)界面交互以及和風(fēng)場(chǎng)其它風(fēng)機(jī)之間的風(fēng)場(chǎng)通訊；狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊包括數(shù)據(jù)采集和故障監(jiān)測(cè)；風(fēng)機(jī)控制模塊包括運(yùn)行控制、偏航控制、溫度控制以及潤(rùn)滑控制模塊。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用PAC平臺(tái)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用控制器，其 特征在于所述的運(yùn)行控制模塊是風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)的控制， 在故障發(fā)生時(shí)的制動(dòng)控制以及不同運(yùn)行狀態(tài)下的變槳控制；偏航控制模塊 包括自動(dòng)偏航、手動(dòng)偏航以及自動(dòng)解纜；溫度控制模塊是對(duì)溫度輸入模 塊的各溫度點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，超出限值后發(fā)出報(bào)警信息或是給控制器發(fā)出停機(jī) 信號(hào)；潤(rùn)滑控制模塊是監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)各部件的潤(rùn)滑是否正常。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用PAC平臺(tái)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用控制器，包括初始化程序模塊；初始化程序模塊是將程序中的一些變量設(shè)置初始值供后續(xù)計(jì)算；還包括一個(gè)分時(shí)多任務(wù)的處理模塊；所述的分時(shí)多任務(wù)的處理模塊包括通訊、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、風(fēng)機(jī)控制以及看門狗四個(gè)模塊；通訊模塊包括與顯示屏的人機(jī)界面交互以及和風(fēng)場(chǎng)其它風(fēng)機(jī)之間的風(fēng)場(chǎng)通訊；狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊包括數(shù)據(jù)采集和故障監(jiān)測(cè)；風(fēng)機(jī)控制模塊包括運(yùn)行控制、偏航控制、溫度控制以及潤(rùn)滑控制模塊；由于結(jié)合了PC處理器軟件豐富和功能強(qiáng)大的特點(diǎn)以及PLC固有的可靠性和分布特性，對(duì)于風(fēng)機(jī)發(fā)電控制這個(gè)分時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)、控制速度要求高且精確以及運(yùn)行條件惡劣的領(lǐng)域是切實(shí)可行的。
文檔編號(hào)G05B15/02GK101425774SQ200810200710
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月27日
發(fā)明者楠 亢, 奚玲玲, 孫佳林, 董祖毅 申請(qǐng)人:上海輸配電股份有限公司