和利时风机主控系统保障风机可靠运行

作者：北京和利时自动化驱动技术    来源：MM现代制造

欢迎访问e展厅 展厅 3 风力发电机展厅 风力发电机,... 随着国内风电设备制造业的迅猛发展，对于运营商而言，风机的最大可靠性和安全性成为关注的重点，可利用率成为对整机制造商的关键考核指标之一。而风机电控系统运行的可靠性和快速性，很大程度上决定了一款风机能否顺利通过验收。电控系统的性能主要取决于所选定的解决方案和所选用的零部件。和利时汲取国内外风电控制经验，提出了适应中国风电行业的电控系统解决方案和产品应用。 中国风电产业相对于欧洲国家发展比较晚，但经过20多年的发展，已经由萌芽期过渡到了快速成长期。中国风电的发展在全球也是最快的，年均增速达100%。 风机电控系统是风机正常运行的核心，目前国内风机电控系统主要依赖于国外的产品，不但承受比较高的成本，而且受制于人，无法掌握真正核心技术，实现真正国产化。和利时作为国内自动化控制领域的领头羊，汲取国内外风电控制的关键技术，针对MW级风力发电机，提出一套适应中国风电环境的主控系统解决方案。 和利时控制自动化产品广泛应用于电力、化工、轨道交通、核电仪控等行业。现在，和利时已经并将继续进入风电领域，提供安全、可靠的风电控制解决方案和产品。 和利时风机主控解决方案 针对MW级风力发电机组控制系统I/O点数不多、数据计算要求高、要求CPU运算速度快、支持多任务程序结构、支持现场总线和工业以太网、以及具有出色的电磁兼容性和低温性等特点，提出和利时主控系统解决方案。 主控制柜安装于风机塔筒底部，负责同机舱站远程I/O之间进行现场总线通讯；远程监控系统工业以太网通讯，对风机整体运行进行控制和监测；发送指令到偏航系统、变桨系统以及变流控制系统（图1）。 机舱站以远程I/O方式，设置成控制分站，通过现场总线与主控制器、变桨控制器进行通讯；采集电网电量信息；记录风向、风速、发电机转速及温度等数据。 人机界面安装于风电机组塔底和机舱，通过工业以太网与主控制器通讯；用于完成系统运行状态控制和显示，风电机组参数设置，历史数据的查询和统计，以及故障记录的查询等工作。通过设置用户访问权限，保证风电机组操作安全可靠。 以太网交换机将每台风电机组数据通过光纤介质发送到中央监控系统中，各个风电机组之间采用环网拓扑结构。 和利时主控系统采用和利时LK大型PLC作为控制器，由CPU模块、I/O模块、CANopen主站模块、电量采集模块、通信模块、计数模块、电源模块、以及背板和就地监控系统组成，以满足风力发电机的控制要求。 和利时主控产品 1. CPU模块 CPU模块是整个系统的核心，用于执行用户程序，处理本地I/O和过程数据，通过现场总线控制分布I/O。内置PROFIBUS-DP 接口和以太网接口；温度适应性宽，支持-25～60℃温度范围；程序执行速度快，最小扫描周期可达10ms，支持多任务调用。 2. I/O模块 I/O模块用于DI/DO以及AI信号的处理，包括直流DI、继电器/晶体管型DO、电流/热电阻型AI等。 3. CANopen主站模块 PROFIBUS-DP从站转CANopen主站网关；BHB从站转CANopen主站网关。 4. 电量采集模块 测量电量参数包括电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、以及频率等，与电量采集端子模块配套使用。 5. 通信接口模块 通信接口模块用于系统扩展及与第三方设备通信，支持PROFIBUS-DP、MODBUS、自由口等协议，支持DP光纤的冗余传输。 6. 计数模块 计数模块用于计算主轴转速及高速轴转速。 7. 背板 背板用于安装所有模块，并提供CPU与其他模块之间的数据通信总线。包括本地背板和扩展背板，本地背板用于安装CPU模块、I/O模块、通信接口模块、CANopen主站模块；扩展背板用于安装通信接口模块、I/O模块、计数模块和CANopen主站模块。塔底使用主背板，机舱站使用扩展背板。 8. 就地监控系统 就地监控系统用于显示风机信息、运行状态，并对控制参数设置，具有故障显示、历史数据存储和上传到场级监控系统（SCADA）等功能。 9. PowerPro V4编程软件 PowerPro V4编程软件符合IEC61131-3标准的编程语言，六种编程语言（LD、IL、FBD、ST、SFC、CFC）。子程序之间可采用不同的编程语言，并可相互调用，满足编程人员复杂的逻辑控制需求。集成故障数据分析和显示功能，可对风机中的关键变量进行采样跟踪，如风速、桨距角；支持软件仿真、在线调试及用户代码检查功能；具有用户程序密码保护功能；自定义内部库可以在不同工程中调用。 和利时主控系统特点 PowerPro编程软件：支持IEC61131-3标准，6种编程语言，支持多任务调用和故障数据分析和显示。 CPU快速响应：CPU工作频率为533MHz，单位指令处理速度达0.013μs，程序扫描处理快。 出色的电磁兼容性：LK系列PLC产品通过UL认证、CE认证；背板背面全接地，增加双层屏蔽层。 特殊功能模块：高速脉冲采集模块LK620、光纤通讯模块LK233、以及电量采集模块LK 420，满足风机特殊信号的采集和通讯。 强大的自诊断功能：I/O模块具有回读比较自检、掉电检测和超量程报警；信号在I/O模块中完成检测，不必通过CPU运算，检测速度快。 环境适应性：宽工作温度，在-25℃能顺利启动；采用三防工艺，适合于戈壁、海上发电。 运行可靠、维护方便：出色的冗余功能，支持电源冗余、CPU冗余、通讯冗余；模块与背板安装采用卡接式，防强烈振动；采用WAGO端子，接线简单牢固（图2）。 和利时风力发电控制器采用符合IEC61131-3国际标准的PLC程序来编写，为客户提供了一个开放性平台。硬件产品通过UL、CE认证，保证其满足风电应用环境和风力发电机运行的可靠性，为用户提供完善的解决方案和产品技术支持。同时，对于新进入的风电制造商，和利时将运用风电领域的专业知识，为其提供全面的电控系统软硬件产品和工程服务。

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