风力发电机组主控制系统

.密级：公司秘密东方汽轮机有限公司DONGFANG TURBINE Co., Ltd.2.0MW108C型风力发电机组主控制系统说明书编号KF20-001000DSM版本号 A2014年7 月.编制 <**设计签字**> <**设计签字日期**> 校对 <**校对签字**> <**校对签字日期**> 审核 <**审核签字**><**审核签字日期**>会签 <**标准化签字**> <**标准化签字日期**> <**会二签字**> <**会二签字日期**> <**会三签字**> <**会三签字日期**> <**会四签字**> <**会四签字日期**> <**会五签字**> <**会五签字日期**> <**会六签字**> <**会六签字日期**> <**会七签字**> <**会七签字日期**> <**会八签字**> <**会八签字日期**> <**会九签字**> <**会九签字日期**> 审定 <**审批签字**> <**审批签字日期**> 批准<**批准签字**><**批准签字日期**>编号换版记录目录序号章 节名称页数备注1 0-1 概述 12 0-2 系统简介 13 0-3 系统硬件114 0-4 系统功能 55 0-5 主控制系统软件说明126 0-6 故障及其处理说明640-1概述风能是一种清洁环保的可再生能源，取之不尽，用之不竭。

随着地球生态保护和人类生存发展的需要，风能的开发利用越来越受到重视。

风力发电机就是利用风能产生电能，水平轴3叶片风力发电机是目前最成熟的机型，它主要是由叶片、轮毂、齿轮箱、发电机、机舱、变频器、偏航装置、刹车装置、控制系统、塔架等组成。

风力发电机的控制技术和伺服传动技术是其核心和关键技术，这与一般工业控制方式不同。

风力发电机组控制系统是一个综合性的控制系统，主要由机舱主控系统、变桨系统、变频控制系统三部分组成，通过现场总线以及以太网连接在一起，各个模块都有独立的控制单元，可独立完成与自身相关的功能（图0-1-1）。

目的是保证机组的安全可靠运行、获取最大风能和向电网提供优质的电能。

图0-1-10-2系统介绍风机的主控系统是整个风力发电机组的核心部件，它主要完成机舱数据采集、判断和处理，检测每个部分传感器是否有故障，通过各类传感器对电网、风况及风机运行参数进行监控，并与变频系统、变桨系统保持数据通讯，根据各方面的数据做出综合分析，发出控制指令，实现系统的启动与停机控制、并网与脱网控制、开桨与收桨控制、偏航与解缆控制、运行数据的采集与统计、远程数据传输、风机远程控制等。

系统主要参数如下：●控制柜外形尺寸：1800mm×1200mm×400mm●柜内自带照明、加热及除湿系统●主电源：690V AC，50Hz●辅电源：400V AC，50Hz, 230V AC，50Hz●主控制器硬件：FCN控制器●生存温度：-40℃～+70℃（变化率<1℃/min）●工作温度：-30℃～+60℃（变化率<0.5℃/min）●工作海拔：0～2000m●通讯接口：RS485、RS232、Ethernet，可支持CANopen、MODBUS等●允许本地和远程设备操作人员通过以太网口进行数据读取和操作●可以通过网口进行远程软件升级和调试●可生成各种运行数据报表和文档●CPU 平均寿命＞20 年●VX-Works 实时操作系统●CPU：166MHz●RAM 内存：128M●FLASH 内存：128M●掉电存储：410K●编程语言: 符合IEC61131-3标准,支持功能框图（FBD）、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、结构化文本（ST）、指令清单（IL）编程●多任务操作：可以同时进行16个任务0-3系统硬件在整个风力发电控制系统中，根据控制要求可以配置不同的模块以实现不同的功能，从而使整个控制系统具有很强的扩展性。

采用模块化组合可以提高控制系统的可靠性和灵活性。

系统硬件表：3.1 CPU模块NFCP100a）主要技术特点●处理器型号为MMX-Pentium166MHz●主存储器128MB（ECC）；静态RAM为1MB（ECC），电池供电●全双重化通信方式，异步同2个以太网端口：100/10Mbps，100BASE-TX或10BASE-T，RJ45模数插口●I/O接口支持SB总线●具有看门狗定时器、温度监视器等功能b）功能描述每个控制单元上安装有一个CPU模块，也可安装两个以用于双重化CPU配置。

CPU 模块运行一套实时操作系统（OS），支持符合IEC61131-3国际标准的编程语言，并可用作Java虚拟机。

3.2 基板模块NFBU200a）主要技术特点●标准配备两个专用插槽(P1和P2)用于双重化电源模块●双重化SB总线配置●可选用一套控制单元或扩展单元●十个功能插槽(其中有两个专供CPU模块使用)b）功能描述基板模块是一个底架。

各种功能模块，例如CPU、电源、SB总线重复模块和I/O模块均安装在该底架上，从而配置成一个控制单元或扩展单元。

3.3 电源模块NFPW442a）主要技术特点●额定输入电压AC 220~240V（输入电压范围AC 170~264V）●输入频率47~66Hz（额定：50/60Hz）●输入电流最大0.7A （熔丝额定值3.15A）●额定输出电压+5.1V DC总线●额定输出电流0~7.8A（峰值电流11.8A）●总输出40W(峰值60W)b）功能描述电源模块安装在基板模块上，为其他模块提供稳定的电源。

除了主电源输入之外，本电源模块还配备DC 24V电源的输入端子。

来自这些端子的DC 24V电源输入作为模拟现场电源并为模拟I/O模块供电，以驱动它们的现场接口电路并通过基板模块为连接的现场设备供电。

当DC 24V电源用于数字输出时，则必须将其接至相应I/O模块的单独端子上。

3.4 RS485通讯模块NFLR121RSa）主要技术特点●支持半双工/全双工通讯方式●一点对多点连接方式●最大波特率为115200bps●最长通讯距离为1200m●使用屏蔽双铰线b）功能描述通过RS-485通讯模块与电网测量模块，振动测量模块和变桨控制器进行通讯。

3.5 数字量输入模块NFDV151a）主要技术特点●输入通道数32●额定输入电压DC 24V●输入ON电压DC 18~26.4V●输入OFF电压DC 5.0V或更低●输入电流（额定输入电压时）4.1mA±20%/通道●瞬时容许最大输入电压DC 30.0V●压接端子接线b）功能描述数字输入模块接收32通道DC 24V ON／OFF信号。

具有检测ON/OFF状态功能以及按钮边计数功能。

3.6 数字量输入模块NFDV161a）主要技术特点●输入通道数64●额定输入电压DC 24V●输入ON电压DC 20~26.4V●输入OFF电压DC 5.0V或更低●输入电流（额定输入电压时）2.5mA±20%/通道●瞬时容许最大输入电压DC 30.0V●MIL连接电缆b）功能描述数字输入模块接收64通道DC 24V ON／OFF信号。

具有检测ON/OFF状态功能以及按钮边计数功能。

3.7 PT100输入模块NFAR181a）主要技术特点●三线制PT100测温●12通道，隔离●允许输入电压±5V●最大承受电压输入和系统之间1500V AC●精度为满量程的±0.03%（0~400Ω）●测量电流1mAb）功能描述PT100输入模块用于测量各种需要检测的温度值，例如机舱内外温度，定子温度，齿轮箱温度等，并将这些温度信号传送给主控系统。

3.8 模拟量输入模块NFAI143a）主要技术特点●16通道输入，通道隔离●精度：满量程的±0.1%●4~20mA信号输入●容许输入电流27mA●输入阶跃响应时间100ms●数据刷新周期10ms●为每个通道设置引脚，可选择2线或4线变送器b）功能描述该模块主要用于4～20mA DC信号测量。

3.9 模拟量输入输出模块NFAI543a）主要技术特点●16通道输出，隔离通道●容许输出电流4~20mA●输出阶跃响应时间100ms●为每个通道设置输出失效●带模拟用压接端子板b）功能描述该模块主要输出4~20mA DC信号。

3.10 高速计数输入模块NFAF135a）主要技术特点●8通道独立输入●输入信号类型有ON/OFF信号，电压脉冲，电流脉冲●输入信号频率0.1~10kHz●测量精度为测量值的0.1%●输入信号和系统之间以及通道之间可耐受最大电压为500V AC●最小输入脉冲时间间隔40usb）功能描述高速计数输入模块用以测量主轴转速，偏航方向等。

3.11数字量输出模块NFDV561a）主要技术特点●输出通道数64●额定外加电压DC 24V●负载电压DC 24V, 100mA●现场电源电压范围DC 20.4~26.4V●输出ON最大电压值DC 2V●输出OFF时最大漏泄电流值0.1mA●电流吸入输出方式●最大负载电流100mA/通道，26.4V●MIL电缆连接b）功能描述数字输出模块输出64通道晶体管触点信号。

具有ON/OFF状态输出功能。

3.12 CANOpen通讯模块NFLC121a）主要技术特点●1个CANOpen通讯口●带模拟用压接端子板b）功能描述该模块用于CANopen通讯。

3.13 SB模块NFSB100a）主要技术特点●串行通信传输方式●128Mbps波特率●可双重化配置b）功能描述安装两个SB重复模块总线以实现SB总线双重化。

每个SB总线重复模块通过一个专用的T型接头和电缆与另外一个相连。

3.14 液晶操作面板T70a）主要技术特点●铝镁合金外壳美观，轻巧，坚固，抗干扰性强●稳定操作系统：Windows CE 操作系统●功能强大处理器：Intel Xscale 处理器●真色彩：6万5千色，色彩鲜艳逼真●网络功能：电子邮件，远程访问与控制，FTP 档案传输●防水功能：抗水枪冲击b）功能描述为风机控制系统量身定制的该液晶操作面板可操作性强，人机界面使用方便。

可以通过该面板对风机进行操作，浏览风机运行状态及设置各项参数。

配备了2个液晶操作面板，一个安装在机舱控制柜处，另一个安装在变频控制柜处。

3.15 交换机SLX-5ES3SCa）主要技术特点●运行模式：非管理型交换机，存储转发，线速交换，无阻塞●内存带宽：3.2 Gbps●端口延迟：5 us●4个RJ45 端口，1个100M光纤端口●自动协商，自动mdi/mdix线型适应，自动切换TxD和RxD●工作温度：-40 ~ 85°Cb）功能描述工业以太网络作为风场传输平台，每台风机配置2台该型号交换机，分别安装于机舱控制柜和变频控制柜，主控制器通过交换机彼此相连，构成环形自愈网。