专利名称：采用pac平台的风力发电机组用控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电机组，尤其涉及该风力发电机组的控制器。
背景技术：
控制系统是风力发电机的核心部件，是风力发电机组安全运行的根本 保证。风力发电机组用控制器主要实现对风机的启动、停机、偏航、变桨 等运行控制。
现有技术中的风力发电机组用的控制器多采用PLC(Programmable Logic Controller)平台，虽然PLC在抗强冲击和振动、工业级温度范围、实 时操作系统以及冗余电源的供给方面都与PAC的性能相当，但是它在强大 的计算能力、数据存储以及通信处理方面还是略逊一筹。 采用常规的PLC平台进行风机控制存在以下问题 首先，风机控制是一个分时多任务的系统，它包含的控制模块较多， 如变桨控制、偏航控制、制动控制、温度控制、错误处理等，这些控制模 块是并行执行的且执行速度各不相同，它们既相互独立，数据间又保持一 定的相互关联；而常规的PLC是采用"顺序扫描，不断循环"的方式进行 工作，无法在同一时间执行多个任务，这使得风机控制实时性受到一定的 局限性。
其次，风机控制需要对大量数据进行高速采集，如风速、发电机转速、 温度等模拟量信号以及数字量信号，常规的PLC大多采用单任务的循环扫 描，这种机制导致了系统的控制速度完全取决于应用程序的大小。当应用 程序过于复杂和庞大时，I/O通道中高实时性的控制要求便难以满足。最后，风机变桨控制中采用PID算法对桨距角进行控制，若采用常规 的PLC,则必须用单独的并可以独立编程的硬件扩展卡，这无疑需要额外 的、价格不菲的硬件。
如何采用一种更好的控制器平台是技术人员要解决的问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供了一种采用PAC平台的风力发电机 组用控制器，旨在解决上述的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的-
本发明包括初始化程序模块；所述的初始化程序模块是将程序中的 一些变量设置初始值供后续计算；还包括 一个分时多任务的处理模块； 所述的分时多任务的处理模块包括通讯、状态监测、风机控制以及看门 狗四个模块；所述的通讯模块包括与显示屏的人机界面交互以及和风场 其它风机之间的风场通讯；状态监测模块包括数据采集和故障监测；风 机控制模块包括运行控制、偏航控制、温度控制以及润滑控制模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是由于结合了PC处理器软件丰 富和功能强大的特点以及PLC固有的可靠性和分布特性，对于风机发电控 制这个分时多任务系统、控制速度要求高且精确以及运行条件恶劣的领域 是切实可行的。
图l是本发明的模块结构图2是采用图1的硬件结构图。
具体实施例方式
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述 由图1可见本发明包括初始化程序模块；所述的初始化程序模块 是将程序中的一些变量设置初始值供后续计算；还包括 一个分时多任务的处理模块；所述的分时多任务的处理模块包括通讯、状态监测、风机 控制以及看门狗四个模块；所述的通讯模块包括与显示屏的人机界面交 互以及和风场其它风机之间的风场通讯；状态监测模块包括数据采集和 故障监测；风机控制模块包括运行控制、偏航控制、温度控制以及润滑 控制模块。
所述的运行控制模块是风机正常运行时各个运行状态的控制，在故障 发生时的制动控制以及不同运行状态下的变桨控制；偏航控制模块包括 自动偏航、手动偏航以及自动解缆；温度控制模块是对温度输入模块的各 温度点进行监控，超出限值后发出报警信息或是给控制器发出停机信号； 润滑控制模块是监测风机各部件的润滑是否正常。
本发明中的初始化程序是将程序中的一些变量设置初始值供后续计 算，然后进入一个分时多任务的处理环节，该环节包含通讯、状态监测、 风机控制以及看门狗四个部分。这四个部分在程序初始化后并行执行，处 在不同的任务循环中，当某个部分出现故障后，进入故障处理程序，跳出 自己所在的任务循环。
通讯模块包含两个并行执行的部分，与显示屏的人机界面交互以及和 风场其它风机之间的风场通讯；状态监测包含数据采集和故障监测，数据
采集通过扫描i/o端口的数值获得当前的输入量信息，故障监测则通过扫描
故障代码是否被激活获得当前系统的故障信息；风机控制包括运行控制、 偏航控制、温度控制以及润滑控制。运行控制包括风机正常运行时各个运 行状态的控制，在故障发生时的制动控制以及不同运行状态下的变桨控制； 偏航控制主要包括自动偏航、手动偏航以及自动解缆等；温度控制是对温 度输入模块的各温度点进行监控，超出限值后发出报警信息或是给控制器 发出停机信号；润滑控制则是监测风机部件，如齿轮、桨叶的润滑是否正 常。以上四个风机控制的部分是控制器控制环节的关键所在。当控制系统故障而失去控制能力时，系统看门狗将发挥作用，启动紧急停机程序，风 机停止运行。
由图2可见本发明选用NI公司的PAC(Programmable Automation Controller)平台来开发风力发电机组用控制器。此外，该控制器良好的工业 级性能50g抗震，5g防振动，-40°070°(:的温度范围也是选用它的一个 重要因素。因为控制器置于机舱中，距离塔底的距离有近百米，机舱内的 振动和冲击都较强，而且控制器工作的温度环境随季节的不同变化较大， 工作条件较为恶劣。
控制器的硬件结构图如图2所示，CPU和扩展机箱通过工业级以太网 交换机相连，另外两个以太网接口一个用于计算机调试，另外一个接口为 备用。CPU所处背板包含3个数字量输入模块，3个数字量输出模块，l个 模拟量输入模块和1个模拟量输出模块；扩展机箱所处背板包含1个数字 量输入模块、2个温度输入模块以及5个备用的I/O模块插槽。CPU通过工 业级以太网交换机访问扩展机箱所处背板的模块进行相应的控制，控制所 需的数据可存储在128MB非易失性存储介质和512MB的闪存中，实时程 序则通过以太网通信方式下载到控制器中运行。此外，CPU中还包含1个 RS485和3个RS232串口用于连接外设。
本发明中选用的PAC的优势就是将PLC和PC(Personal Computer)的优 点溶为一体，既具有PLC的封装、技术特点和稳定性，又具有PC的软件 丰富、应用灵活、可连接性和功能强大的特点，这些模块在PAC中可通过 编程后下载至CPU中，在多任务操作系统的调度管理下，并行执行。
另外，在PAC平台中不但直接提供了PID控制算法，而且控制的精度 也较高。
权利要求
1、一种采用PAC平台的风力发电机组用控制器，包括初始化程序模块；所述的初始化程序模块是将程序中的一些变量设置初始值供后续计算；其特征在于还包括一个分时多任务的处理模块；所述的分时多任务的处理模块包括通讯、状态监测、风机控制以及看门狗四个模块；所述的通讯模块包括与显示屏的人机界面交互以及和风场其它风机之间的风场通讯；状态监测模块包括数据采集和故障监测；风机控制模块包括运行控制、偏航控制、温度控制以及润滑控制模块。
2、 根据权利要求1所述的采用PAC平台的风力发电机组用控制器，其 特征在于所述的运行控制模块是风机正常运行时各个运行状态的控制， 在故障发生时的制动控制以及不同运行状态下的变桨控制；偏航控制模块 包括自动偏航、手动偏航以及自动解缆；温度控制模块是对温度输入模 块的各温度点进行监控，超出限值后发出报警信息或是给控制器发出停机 信号；润滑控制模块是监测风机各部件的润滑是否正常。
全文摘要
本发明涉及一种采用PAC平台的风力发电机组用控制器，包括初始化程序模块；初始化程序模块是将程序中的一些变量设置初始值供后续计算；还包括一个分时多任务的处理模块；所述的分时多任务的处理模块包括通讯、状态监测、风机控制以及看门狗四个模块；通讯模块包括与显示屏的人机界面交互以及和风场其它风机之间的风场通讯；状态监测模块包括数据采集和故障监测；风机控制模块包括运行控制、偏航控制、温度控制以及润滑控制模块；由于结合了PC处理器软件丰富和功能强大的特点以及PLC固有的可靠性和分布特性，对于风机发电控制这个分时多任务系统、控制速度要求高且精确以及运行条件恶劣的领域是切实可行的。
文档编号G05B15/02GK101425774SQ200810200710
公开日2009年5月6日 申请日期2008年9月27日 优先权日2008年9月27日
发明者楠 亢, 奚玲玲, 孙佳林, 董祖毅 申请人:上海输配电股份有限公司