2.1--金风2.0MW机组控制系统介绍
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金风2.5MW机组的安全链系统介绍(主修)
目前所有的风力发电机组都有这样一套安全链保护系统。
二、机组安全系统的结构
二、机组安全系统的结构
变桨系统与主控系统安全链的关系
从上图我们可以看出，变桨系统通过每个变桨柜中的21K8继电器的 触点来影响主控系统的安全链，而主控系统的安全链是通过每个变桨柜 中的24K7继电器的线圈来影响变桨系统。变桨的安全链与主控的安全链 相互独立而又相互影响。当主控系统的安全链上的紧急停机按钮、PLC 紧急停机、叶轮过速、振动开关等节点（不包括纽缆开关）动作断开时， 安全继电器线圈失电断开变桨系统中三个24K7线圈的电源，变桨系统进 入到紧急停机的模式，迅速向90度顺桨；当变桨系统出现故障（如变桨 变频器OK信号丢失、90度限位开关动作等）时，变桨系统切断21K8 继 电器上的电源，21K8 继电器的触点断开，使安全链来自变桨的继电器123K10 线圈失电，其触点断开，主控系统的136K2安全继电器断电。同 时，每个变桨柜中的24K7继电器的线圈失电触点断开，变桨系统中没有 出现故障的叶片的控制系统进入到紧急停机的模式，迅速向90度顺桨。 这样的设计使安全链环环相扣，能最大限度的对机组起到保护作用果有什么问题， 欢迎大家踊跃的提出来，我们共同探讨。
同时也希望各位在各自的工作岗位上能 像雄鹰一样自由的翱翔。
三、安全链中的各个节点及其动作原理
图纸位置
三、安全链中的各个节点及其动作原理
3.2 振动开关 振动开关监测的是机组的机舱的振动摆幅，同时也是机组振动的最后一道保护， 其开关触点被串接在机组的安全链回路里。常见的振动开关有摆锤式和链球式两 种。 2.5兆瓦机组中使用的是摆锤式振动开关。摆锤式振动开关由一个安装在微 动开关上的摆针及重锤组成，重锤按照机组摆动幅度的保护数值被固定在摆针的 合适位置上。当机组因振动出现较大幅度的摆动时，摆锤带动摆针晃动，使微动 开关动作引起机组的紧急或安全停机。机组重新启动时，摆锤必须回到竖直位置。
二、机组安全系统的结构
二、机组安全系统的结构
变桨系统与主控系统安全链的关系
从上图我们可以看出，变桨系统通过每个变桨柜中的21K8继电器的 触点来影响主控系统的安全链，而主控系统的安全链是通过每个变桨柜 中的24K7继电器的线圈来影响变桨系统。变桨的安全链与主控的安全链 相互独立而又相互影响。当主控系统的安全链上的紧急停机按钮、PLC 紧急停机、叶轮过速、振动开关等节点（不包括纽缆开关）动作断开时， 安全继电器线圈失电断开变桨系统中三个24K7线圈的电源，变桨系统进 入到紧急停机的模式，迅速向90度顺桨；当变桨系统出现故障（如变桨 变频器OK信号丢失、90度限位开关动作等）时，变桨系统切断21K8 继 电器上的电源，21K8 继电器的触点断开，使安全链来自变桨的继电器123K10 线圈失电，其触点断开，主控系统的136K2安全继电器断电。同 时，每个变桨柜中的24K7继电器的线圈失电触点断开，变桨系统中没有 出现故障的叶片的控制系统进入到紧急停机的模式，迅速向90度顺桨。 这样的设计使安全链环环相扣，能最大限度的对机组起到保护作用果有什么问题， 欢迎大家踊跃的提出来，我们共同探讨。
同时也希望各位在各自的工作岗位上能 像雄鹰一样自由的翱翔。
三、安全链中的各个节点及其动作原理
图纸位置
三、安全链中的各个节点及其动作原理
3.2 振动开关 振动开关监测的是机组的机舱的振动摆幅，同时也是机组振动的最后一道保护， 其开关触点被串接在机组的安全链回路里。常见的振动开关有摆锤式和链球式两 种。 2.5兆瓦机组中使用的是摆锤式振动开关。摆锤式振动开关由一个安装在微 动开关上的摆针及重锤组成，重锤按照机组摆动幅度的保护数值被固定在摆针的 合适位置上。当机组因振动出现较大幅度的摆动时，摆锤带动摆针晃动，使微动 开关动作引起机组的紧急或安全停机。机组重新启动时，摆锤必须回到竖直位置。
金风MW机组控制系统介绍
以太网通信网络系统 （SCADA） 人机交互监控系统 （手持终端）
二、金风兆瓦风力发电机组的电气控制系统
控制系统各个部分的主要功能
人机交互
网络/远程监控
▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息
▲统计报表 ▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息
主控制器(风机系统逻辑控制)
▲风机正常工作逻辑控制 ▲故障诊断及保护 ▲数据采集/统计 ▲与各个系统的数据交互控制
一、金风2.0兆瓦风力发电机组总体介绍
金风2.0MW风力发电机组是基于金风1.5MW风力发电机组平台开发的新型机组。
1-叶片 2-变桨系统 3-轮毂 4-发电机转子 5-发电机定子 6-发电机开关柜 7-测风 系统 8-辅助提升机 9-偏航系统 10-底座 11-发电机散热系统 12-机舱罩 13-塔架
三、机组主控制系统的组成及功能
部分功能系统介绍---安全链保护系统
双安全链回路系统，与1.5MW回路设计的最大不同是引入了变流安全链，使其 能够成为完全独立的硬件安全输入、输出保护系统。
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
金风2.0兆瓦机组的主控制器组成
CX5020
KL9210 KL1104
金风2.0兆瓦风力发 电机组主控制系统
课程内容：
一、金风2.0兆瓦风力发电机组总体介绍 二、金风2.0兆瓦风力发电机组的电气控制系统 三、机组主控制系统的组成及功能 四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理 五、金风2.0兆瓦机组内的部分模块及传感器 六、金风2.0兆瓦机组主控的软件系统 七、手持移动终端
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
各个子站内部及子站与主站之间的通讯结构
BX3100/ BK3150
Profibus-DP
2.1--金风1.5兆瓦风力发电机组控制系统介绍
Freqcon变流配置的系统 金风1500千瓦直驱风力发电机组系统结构图
主电缆
电机侧二极管整 流单元
斩波升压单元 网侧逆变单元
AC
DC DC
DC DC
DC
DC
AC
主断路器
进线电缆
开关柜
Freqcon变流器
叶
片
及
永磁同步
变
发电机
桨
驱
动
连接器
DP总线
底座
D
P
总
线
塔架
机组主控制柜
变流控制器
I/O D 信P 号总
▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息
▲统计报表 ▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息
主控制器(风机系统逻辑控制)
▲风机正常工作逻辑控制 ▲故障诊断及保护 ▲数据采集/统计 ▲与各个系统的数据交互控制
变桨系统
▲桨距调节 ▲桨距角采集 ▲异常保护 ▲故障诊断及保护
变流系统
▲电力变换 ▲功率控制 ▲转矩控制 ▲功率因数调节 ▲故障诊断及保护
10 / 35 kV f = 50 Hz
一、金风1.5兆瓦风力发电机组的控制系统 Switch变流配金置风的15系00统千瓦直驱风力发电机组系统结构图
主电缆
电机侧功率单元 网侧功率单元 主断路器
AC
DC DC
DC
AC
620 / 690 V
进线电缆 f = 50 Hz
10 / 35 kV f = 50 Hz
D
P 总 线
冷 却 水 管
2、红色虚线框里表示水冷系统 （塔底） 3、绿色虚线框里表示主控系统 （塔底） 4、黑色虚线框里表示机舱控制系统（塔顶） 5、紫色虚线框里表示变桨控制系统（塔顶）
主电缆
电机侧二极管整 流单元
斩波升压单元 网侧逆变单元
AC
DC DC
DC DC
DC
DC
AC
主断路器
进线电缆
开关柜
Freqcon变流器
叶
片
及
永磁同步
变
发电机
桨
驱
动
连接器
DP总线
底座
D
P
总
线
塔架
机组主控制柜
变流控制器
I/O D 信P 号总
▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息
▲统计报表 ▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息
主控制器(风机系统逻辑控制)
▲风机正常工作逻辑控制 ▲故障诊断及保护 ▲数据采集/统计 ▲与各个系统的数据交互控制
变桨系统
▲桨距调节 ▲桨距角采集 ▲异常保护 ▲故障诊断及保护
变流系统
▲电力变换 ▲功率控制 ▲转矩控制 ▲功率因数调节 ▲故障诊断及保护
10 / 35 kV f = 50 Hz
一、金风1.5兆瓦风力发电机组的控制系统 Switch变流配金置风的15系00统千瓦直驱风力发电机组系统结构图
主电缆
电机侧功率单元 网侧功率单元 主断路器
AC
DC DC
DC
AC
620 / 690 V
进线电缆 f = 50 Hz
10 / 35 kV f = 50 Hz
D
P 总 线
冷 却 水 管
2、红色虚线框里表示水冷系统 （塔底） 3、绿色虚线框里表示主控系统 （塔底） 4、黑色虚线框里表示机舱控制系统（塔顶） 5、紫色虚线框里表示变桨控制系统（塔顶）
金风风力发电机控制系统
金风风力发电机控制系统金风风力发电机控制系统风力发电机控制系统风力发电机由多个部分组成，而控制系统贯穿到每个部分，相当于风电系统的神经。
因此控制系统的好坏直接关系到风力发电机的工作状态、发电量的多少以及设备的安全。
目前风力发电亟待研究解决的的两个问题：发电效率和发电质量都和风电控制系统密切相关。
对此国内外学者进行了大量的研究，取得了一定进展，随着现代控制技术和电力电子技术的发展，为风电控制系统的研究提供了技术基础。
控制系统的组成风力发电控制系统的基本目标分为三个层次：这就是保证风力发电机组安全可靠运行，获取最大能量，提供良好的电力质量。
控制系统组成主要包括各种传感器、变距系统、运行主控制器、功率输出单元、无功补偿单元、并网控制单元、安全保护单元、通讯接口电路、监控单元。
具体控制内容有：信号的数据采集、处理，变桨控制、转速控制、自动最大功率点跟踪控制、功率因数控制、偏航控制、自动解缆、并网和解列控制、停机制动控制、安全保护系统、就地监控、远程监控。
当然对于不同类型的风力发电机控制单元会不相同。
控制系统结构示意图如下：针对上述结构，目前绝大多数风力发电机组的控制系统都采用集散型或称分布式控制系统（DCS ）工业控制计算机。
采用分布式控制最大优点是许多控制功能模块可以直接布置在控制对象的位置。
就地进行采集、控制、处理。
避免了各类传感器、信号线与主控制器之间的连接。
同时DCS 现场适应性强，便于控制程序现场调试及在机组运行时可随时修改控制参数。
并与其他功能模块保持通信，发出各种控制指令。
目前计算机技术突飞猛进，更多新的技术被应用到了DCS 之中。
PLC 是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备，目前功能上有较大提高。
很多厂家也开始采用PLC 构成控制系统。
现场总线技术(FCS)在进入九十年代中期以后发展也十分迅猛，以至于有些人已做出预测：基于现场总线的FCS 将取代DCS 成为控制系统的主角。
风力发电机控制系统（二）风力发电系统中的控制技术和伺服传动技术是其中的关键技术，这是因为自然风速的大小和方向是随机变化的，风力发电机组的并网和退出电网、输入功率的限制、风轮的主动对风以及对运行过程中故障的检测和保护必须能够自动控制。
2.1--金风2.0MW机组控制系统介绍
机组主控制柜
水冷却控制柜
二、金风兆瓦风力发电机组的电气控制系统
金风2.0兆瓦机组的电气控制系统的组成 电气控制系统组成
变桨系统
变流系统
主控系统
冷却系统
监控系统
变桨传感器 变桨执行器 变桨控制单元 备电系统
整流单元 逆变单元 直流保护单元 控制单元 滤波单元
控制单元 传感器单元 执行单元 总线系统
变流器冷却系统 发电冷却系统
部分功能系统介绍---配电系统
配电变压器 90kVA干式变压器，690V/400V，二次 侧单套绕组，绝缘等级H级，自然冷却， 420kg。 过流保护 ABB S200系列微型断路器、MS系列 马达过流保护器。 触电保护 ABB F202、F204漏电保护器，接地。 浪涌保护 Phoenix电源浪涌保护器
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
2、总线供电端子KL9210
KL9210供电端子可插入输入和输出端子之间的任意位置，以构建一个电位 组，或给右侧端子供电。供电端子提供的电压最高为交流 230 V。具有诊断功能 的端子可向控制器报告电压故障或短路。在机组中主要给后续端子模块进行直流 24V供电。
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
10、1通道模拟量输出端子 KL4001
KL4001 模拟量输出端子可输出 直流0 V 到 10 V 范围的信号。该端子可为处 理层提供分辨率为 12 位的电气隔离信号。总线端子的输出通道有一个公共接地电 位端。KL4001是单通道型，适用于带有接地电位的电气隔离信号。它通过运行信 号灯显示端子与总线耦合器之间的数据交换状态。在机组中主要用于控制变桨输 出信号。
四、主控系统的倍福PLC及KL3204 模拟量输入端子可直接连接电阻型传感器。总线端子电路可使用 2 线 制连接技术连接传感器。整个温度范围的线性度由一个微处理器来实现。温度范 围可任意选定。总线端子的标准设置为：PT100 传感器，分辨率为 0.1℃。故障信 号显示灯显示传感器故障（例如断线）。KL3204 含 4 个通道。在机组中主要用于 采集温度信号。
金风2.0MW机组安装技术交底—新疆哈密景峡6B特变电工风电场
2、从事安装工作的人员必须身体健康，如无恐高症、心脏病等不能从事高空作业的疾病。
3、从事特种工作的人员必须持有特种工上岗证，如起重工必须具备起重工操作证、起重指挥必须具备起重指挥操作证、从事电气工作的必须具备电工证。
4、从事安装工作的所有人员必须熟悉掌握《金风2.0MW机组安装手册》、并经过相应的培训考核。
14.严禁超打螺栓和欠打螺栓力矩，严格按照安装工艺施工。
15.正确安装吊具，吊具安装牢固可靠，特别是吊具螺栓要紧固到其额定值。
16.吊装作业前必须对起重机械的运行部位、安全装置以及吊具、索具等机具进行全面
的安全检查，吊装设备的安全装置要灵敏可靠；吊装前必须试吊，确认无误方可作业。
安装过程中，应对吊车、起吊设备、安全设施进行必要的维护检查，如果发现问题
d)恶劣天气特别是雷雨天气，禁止进行安装工作，工作人员不得滞留现场。
e)在起重设备工作期间，严禁人员站在起吊物体下。
f)现场安装废弃物或垃圾应集中堆放，统一回收，严禁随意焚烧。
g)现场进行焊接或明火作业，必须得到现场技术负责人的认可，并采取必要的预防保护措施。
h)有人员在机舱外工作时续进行安全防护，须确保此期间无人在塔架周围，避免坠物伤人。
2.工程建设过程中，安装单位要对风电场各工作面、风机场区安全、保卫工作负责，发生设备损坏、丢失等事故，由安装单位负全责；
3.安装单位在安装机组前，风机基础必须经过监理验证合格之后，并有齐全的基础资料，完成基础交安手续，才可安装机组；
4.安装单位须参与基础最终完工验收，并对基础环法兰平面度、基础清洁度进行复验；
15.各个风电场之间的物资不得混用，安装单位吊装之前可要求金风技术人员予以确认（确认物资可否通用）。安装单位私自混用，导致机组设备不匹配，后续的拆装、更换、改造费用由安装单位自行承担
3、从事特种工作的人员必须持有特种工上岗证，如起重工必须具备起重工操作证、起重指挥必须具备起重指挥操作证、从事电气工作的必须具备电工证。
4、从事安装工作的所有人员必须熟悉掌握《金风2.0MW机组安装手册》、并经过相应的培训考核。
14.严禁超打螺栓和欠打螺栓力矩，严格按照安装工艺施工。
15.正确安装吊具，吊具安装牢固可靠，特别是吊具螺栓要紧固到其额定值。
16.吊装作业前必须对起重机械的运行部位、安全装置以及吊具、索具等机具进行全面
的安全检查，吊装设备的安全装置要灵敏可靠；吊装前必须试吊，确认无误方可作业。
安装过程中，应对吊车、起吊设备、安全设施进行必要的维护检查，如果发现问题
d)恶劣天气特别是雷雨天气，禁止进行安装工作，工作人员不得滞留现场。
e)在起重设备工作期间，严禁人员站在起吊物体下。
f)现场安装废弃物或垃圾应集中堆放，统一回收，严禁随意焚烧。
g)现场进行焊接或明火作业，必须得到现场技术负责人的认可，并采取必要的预防保护措施。
h)有人员在机舱外工作时续进行安全防护，须确保此期间无人在塔架周围，避免坠物伤人。
2.工程建设过程中，安装单位要对风电场各工作面、风机场区安全、保卫工作负责，发生设备损坏、丢失等事故，由安装单位负全责；
3.安装单位在安装机组前，风机基础必须经过监理验证合格之后，并有齐全的基础资料，完成基础交安手续，才可安装机组；
4.安装单位须参与基础最终完工验收，并对基础环法兰平面度、基础清洁度进行复验；
15.各个风电场之间的物资不得混用，安装单位吊装之前可要求金风技术人员予以确认（确认物资可否通用）。安装单位私自混用，导致机组设备不匹配，后续的拆装、更换、改造费用由安装单位自行承担
00风电机组控制系统介绍
00风电机组控制系统介绍风电机组控制系统是风力发电系统中的关键设备，主要负责监测和控制整个风电机组的运行。
它包括了多个子系统，如风速测量系统、风向测量系统、电力系统、机械系统等，这些系统协同工作，确保风电机组安全稳定地运行并发挥最大发电效率。
风电机组控制系统的核心是风机控制器（Wind Turbine Controller，简称WTC），它是整个系统的大脑，负责监控风力发电机组的运行状态，调节叶片角度、转速和发电机功率等参数，以实现最佳的发电性能。
WTC通常包括了多个模块，如数据采集模块、信号处理模块、控制算法模块、人机界面模块等，每个模块都扮演着关键的角色，确保整个系统的正常运行。
风速测量系统是风电机组控制系统中一个非常重要的子系统，它通过安装在风车塔顶端的风速传感器来监测周围的风速情况。
这些传感器通常是基于超声波或光学原理工作的，能够精确地测量风速并将数据传输给WTC。
WTC根据接收到的风速数据来调节叶片角度和转速，以确保风电机组在不同风速下都能够高效发电。
与风速测量系统类似，风向测量系统也是风电机组控制系统中的一个重要组成部分。
通过安装在风机塔顶端的风向传感器，它能够准确地测量周围的风向，帮助WTC判断风的来向并做出相应的调整。
在不同的风向下，WTC会调节叶片的角度和转速，以确保风电机组在不同风向下都能够稳定发电。
电力系统也是风电机组控制系统中的关键组成部分，它包括了发电机、变频器、电网连接器等设备。
WTC通过监测电网电压、频率等参数，来控制变频器的输出功率，确保风电机组与电网之间的功率平衡。
此外，电力系统还负责将风机生成的交流电转变为直流电，并通过逆变器将其转换为电网所需的交流电。
机械系统是风电机组控制系统中的另一个重要组成部分，它主要包括了叶片调节系统、转子系统、转速监测系统等。
WTC通过监测这些机械系统的运行状态，来调节叶片的角度和转速，确保风电机组的整体稳定性和可靠性。
叶片调节系统负责调节叶片的角度，以适应不同的风速和风向；转子系统则负责控制整个转子的运行，保证其在各种工况下都能够安全运行。
2MW风机主控系统介绍、调试及故障排除
过速模块工作电源
变桨系统工作电源
柜外工作电源
风轮制动电磁阀电源
名称 4L8+ 4L9+ 4L10+
含义 偏航刹车电磁阀电源 偏航轴承润滑电源 偏航齿轮润滑电源
4L11+ 4L12+ 4L13+ 4L14+
风轮轴承润滑电源 机舱显示屏电源 SCADA工作电源 发电机润滑电源
1.5 控制优柜化前优化前后对比
含义 PLC、总线及模块工作电源 显示器工作电源 SCADA工作电源 内外部工作电源 备用电源
电压等级 24VDC 24VDC 24VDC 24VDC 24VDC
1.4 电气原理图含义 变桨系统电源 变桨系统控制电源
电压等级 400VAC、230VAC 24VDC
3 主控系统车间调试故障排除
机舱调试程序 主界面
3 主控系统车间调试故障排除
液压系统
3 主控系统车间调试故障排除
齿轮箱
3 主控系统车间调试故障排除
发电机
3 主控系统车间调试故障排除
风轮
3 主控系统车间调试故障排除
偏航系统
3 主控系统车间调试故障排除
机舱数字输入
3 主控系统车间调试故障排除
比较项
原理图设计 原理图页数 机柜布置
优化前
单体设备 130 配电杂乱、 端子布局不合理
优化后优化后
电压等级 69 合理的配电、 合理的端子布局
优化后
优化后
2 主控系统（机舱控制柜）车间调试
2.1 上电前检查 2.2 上电后检查 2.3 功能测试及检查
2.1 上电前检查
Ø与车间共地连接 Ø所有部件的接地检查 Ø控制柜内的器件参数设置 Ø设备参数设定 Ø正确连接电源 Ø网络连接 Ø目测接线
变桨系统工作电源
柜外工作电源
风轮制动电磁阀电源
名称 4L8+ 4L9+ 4L10+
含义 偏航刹车电磁阀电源 偏航轴承润滑电源 偏航齿轮润滑电源
4L11+ 4L12+ 4L13+ 4L14+
风轮轴承润滑电源 机舱显示屏电源 SCADA工作电源 发电机润滑电源
1.5 控制优柜化前优化前后对比
含义 PLC、总线及模块工作电源 显示器工作电源 SCADA工作电源 内外部工作电源 备用电源
电压等级 24VDC 24VDC 24VDC 24VDC 24VDC
1.4 电气原理图含义 变桨系统电源 变桨系统控制电源
电压等级 400VAC、230VAC 24VDC
3 主控系统车间调试故障排除
机舱调试程序 主界面
3 主控系统车间调试故障排除
液压系统
3 主控系统车间调试故障排除
齿轮箱
3 主控系统车间调试故障排除
发电机
3 主控系统车间调试故障排除
风轮
3 主控系统车间调试故障排除
偏航系统
3 主控系统车间调试故障排除
机舱数字输入
3 主控系统车间调试故障排除
比较项
原理图设计 原理图页数 机柜布置
优化前
单体设备 130 配电杂乱、 端子布局不合理
优化后优化后
电压等级 69 合理的配电、 合理的端子布局
优化后
优化后
2 主控系统（机舱控制柜）车间调试
2.1 上电前检查 2.2 上电后检查 2.3 功能测试及检查
2.1 上电前检查
Ø与车间共地连接 Ø所有部件的接地检查 Ø控制柜内的器件参数设置 Ø设备参数设定 Ø正确连接电源 Ø网络连接 Ø目测接线
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四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
检 测 器 件 输 入 模 块 组 态 组态 输 出 模 块 执 行 机 构
数据 交换 主 控 程 序
主控系统是机组可靠运行的核心，主要完成以下工作： 采集数据并处理输入、输出信号；判定逻辑功能； 对外围执行机构发出控制指令； 与机舱柜及变桨控制系统进行通讯，接收机舱柜及变桨控制系统的信号； 与中央监控系统通讯、传递信息。
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
2、总线供电端子KL9210
KL9210供电端子可插入输入和输出端子之间的任意位置，以构建一个电位 组，或给右侧端子供电。供电端子提供的电压最高为交流 230 V。具有诊断功能 的端子可向控制器报告电压故障或短路。在机组中主要给后续端子模块进行直流 24V供电。
永磁同步 发电机
冷却水管 塔架 散热器 机组主控制柜 水冷却控制柜
二、金风兆瓦风力发电机组的电气控制系统
金风2.0兆瓦机组的电气控制系统的组成 电气控制系统组成
变桨系统
变流系统
主控系统
冷却系统
监控系统
变桨传感器 变桨执行器 变桨控制单元 备电系统
整流单元 逆变单元 直流保护单元 控制单元 滤波单元
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
1、控制器CX5020
金风2.0MW主控系统选用CX5020为主控系统的核心控制器CX5020带有两个独 立的以太网端口(可定义两个独立的IP地址)和四个 USB 2.0 接口。 一块位于盖板 后面并可从外部拆装的可互换的 CF 卡作为CX5020的引导和存储介质，CX5020还内 置了一个1秒钟 UPS，可确保在 CF 卡上安全备份持久性应用数据，目前CX5020选 用的操作系统是 Windows CE，可以通过CERHOST 软件进行访问。
主控制器(风机系统逻辑控制) ▲风机正常工作逻辑控制 ▲故障诊断及保护 ▲数据采集/统计 ▲与各个系统的数据交互控制
变桨系统 ▲桨距调节 ▲桨距角采集 ▲异常保护 ▲故障诊断及保护
变流系统
冷却系统 ▲温度的采集 ▲冷却的控制 ▲故障诊断及保护
传感器
▲电力变换 ▲功率控制 ▲转矩控制 ▲功率因数调节 ▲故障诊断及保护
一、金风2.0兆瓦风力发电机组总体介绍
2.0MW机组控制系统拓扑图 金风2000千瓦直驱风力发电机组系统结构图
电机侧功率单元
发电 机散 热系 统
网侧功率单元 主断路器
DC
主电缆
AC DC
进线电缆
DC AC
620 / 690 V f = 50 Hz
10 / 35 kV f = 50 Hz
箱式变压器
变流器
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
10、1通道模拟量输出端子 KL4001
KL4001 模拟量输出端子可输出 直流0 V 到 10 V 范围的信号。该端子可为处 理层提供分辨率为 12 位的电气隔离信号。总线端子的输出通道有一个公共接地电 位端。KL4001是单通道型，适用于带有接地电位的电气隔离信号。它通过运行信 号灯显示端子与总线耦合器之间的数据交换状态。在机组中主要用于控制变桨输 出信号。
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
机组中用到的贝福模块（或功能端子） 1、主控制器CX5020 2、总线供电端子KL9210（电流信号） 3、子站通信模块BK3150（总线耦合器） 4、子站通信模块BX3100（总线端子控制器） 5、4通道数字量输入端子KL1104 6、4通道数字量输出端子KL2134 7、8通道数字量输出端子KL2408 8、4通道模拟量输入端子KL3204 9、4通道模拟量输入端子KL3404 10、1通道模拟量输出端子 KL4001 11、SSI传感器接口端子KL5001 12、4通道模拟量输入端子KL3454 13、RS422/RS485 串行接口端子模块KL6041 14、K-Bus总线终端端子KL9010
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
8、4通道模拟量输入端子KL3204
KL3204 模拟量输入端子可直接连接电阻型传感器。总线端子电路可使用 2 线 制连接技术连接传感器。整个温度范围的线性度由一个微处理器来实现。温度范 围可任意选定。总线端子的标准设置为：PT100 传感器，分辨率为 0.1℃。故障信 号显示灯显示传感器故障（例如断线）。KL3204 含 4 个通道。在机组中主要用于 采集温度信号。
控制单元 传感器单元 执行单元 总线系统
变流器冷却系统 发电冷却系统
以太网通信网络系统 （SCADA） 人机交互监控系统 （手持终端）
二、金风兆瓦风力发电机组的电气控制系统
控制系统各个部分的主要功能
人机交互 ▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息 网络/远程监控 ▲统计报表 ▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息
ABB S200系列微型断路器、MS系列
马达过流保护器。 触电保护 ABB F202、F204漏电保护器，接地。 浪涌保护 Phoenix电源浪涌保护器
三、机组主控制系统的组成及功能
部分功能系统介绍---发电机冷却系统
由两个独立的散热系统 组成，每个系统主要由进风 道、出风道、离心双速电机 组成，出风道内安装有Pt100 用于监测出风口温度。两套 散热设备位于主轴两侧对称
金风2.0兆瓦风力发 电机组主控制系统
课程内容：
一、金风2.0兆瓦风力发电机组总体介绍 二、金风2.0兆瓦风力发电机组的电气控制系统 三、机组主控制系统的组成及功能
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
五、金风2.0兆瓦机组内的部分模块及传感器 六、金风2.0兆瓦机组主控的软件系统 七、手持移动终端
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
各个子站内部及子站与主站之间的通讯结构
BX3100/ BK3150
K-Bus总线
Profibus-DP
在金风2.0兆瓦机组的控制系统中，主控制器通过现场总线Profibus-DP与各个子 站进行交互通讯，各个功能模块通过K-Bus总线进行通讯，主控制器通过PC104总线 接口进行内部通讯。
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
5、4通道数字量输入端子KL1104
KL1104数字量输入端子，从现场设备获得二进制控制信号，并以电隔离的 信号形式将数据传输到更高层的自动化单元。KL1104 带有输入滤波。每个总线 端子含4个通道，每个通道都有一个 LED 指示其信号状态。
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
KL6041 KL9010
金风2.0兆瓦风力发电机组的主控器由CX5020、KL9210、KL1104、KL2134、 KL6021和KL9010组成。其中CX5020模块既负责DP通讯又负责机组程序的逻辑判 断，是整个系统的CPU单元。KL9210负责CPU的供电及后续模块的通讯，KL1104 是数字量的输入模块，KL2134是数字量的输出模块，KL6021是modbus通信模块 负责与电量采集模块的通信，KL9010是主站终端模块。
6、4通道数字量输出端子KL2134
KL2134 数字量输出端 子将自动化控制层传输过 来的二进制控制信号以电 隔离的信号形式传到设备 层的执行机构。 KL2134 有反向电压保 护功能。每个总线端子含 4 个通道，每个通道都有 一个 LED 指示其信号状 态。
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
位置。
双速电机实现冷却风扇 电机高低速运行机制——2极
高速运行、4极低速运行。
三、机组主控制系统的组成及功能
部分功能系统介绍---变流器冷却系统（水冷）
冷却控制柜中的测量控制系统以德 国贝福PLC扩展模块为控制核心。 PLC模块将传感器采集到的信号传递 给主控制器，对冷却循环系统进行实 时监控。冷却系统的运行参数和报警 信息都在主控制器中，并由主控制器 进行统一管理。主控制器与冷却控制 系统的通信采用现场总线，冷却控制 系统是主控器的扩展单元。
一、金风2.0兆瓦风力发电机组总体介绍
金风2.0MW风力发电机组是基于金风1.5MW风力发电机组平台开发的新型机组。
1-叶片 2-变桨系统 3-轮毂 4-发电机转子 5-发电机定子 6-发电机开关柜 7-测风 系统 8-辅助提升机 9-偏航系统 10-底座 11-发电机散热系统 12-机舱罩 13-塔架
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
4、子站通信模块BX3100（总线端子控制器）
BX 系列总线端子控制器由带现场总线和总线端子接口的可编程IEC 61131-3 控制器组成。另外，BX 设备配备有两个串行接口：一个用于编程，另一个供自由 使用。设备自身还配备有 2 行x 16 字符的LCD 液晶显示器、一个摇杆开关和一个 实时时钟。例如，CANopen 从站，可通过集成的Beckhoff 智能系统总线(SSB)连 接，显示一个基于 CANopen 的总线子系统。
金风2.0MW风力发电机组的主控系 统以德国倍福公司生产的嵌入式PC控制 器为核心，组成了机组的PAC控制系统。 控制器实现了机组的过程控制、安 全保护、故障检测、参数设定、数据记 录、数据显示以及人工操作的功能，配 有多种通讯接口，可实现就地通讯和远 程通讯。 采用PROFIBUS-DP现场总线组网， 安全可靠。
开关柜
变流控制器
连接器
DP总线 D P 总 线 D P 总 线
底座
冷 却 水 管
1、蓝色虚线框里表示变流系统 （塔底） 2、红色虚线框里表示水冷系统 （塔底） 3、绿色虚线框里表示主控系统 （塔底） 4、黑色虚线框里表示机舱控制系统（塔顶） 5、紫色虚线框里表示变桨控制系统（塔顶）
叶 片 及 变 桨 驱 动
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
3、子站通信模块BK3150（总线耦合器）
PROFIBUS-DP “紧凑型”总线耦合器 BK3150 扩展了 Beckhoff 总线端子系统， 比较小巧且经济。可以连接多达 64 个总线端子；若采用端子总线扩展技术，则可连 接多达 255 个总线端子。PROFIBUS 总线耦合器具有自动波特率检测功能，速率最大 可以达到 12 Mbaud ，2 个地址选择开关用于分配地址。为了方便现场总线信号的通讯 ，提供 1 个 D-sub9 针接口。