一种风力发电机组PLC自主可控系统结构的制作方法

一种风力发电机组plc自主可控系统结构
技术领域
1.本实用新型涉及风力发电机组电气控制领域，具体而言，涉及一种风力发电机组plc自主可控系统结构。


背景技术：

2.可编程控制器(plc)是现代工业自动化的三大支柱(plc、机器人、cad/cam)之首，是工业控制系统的“大脑”。随着近年来工业互联网、云计算、大数据等技术的高速发展，工业化和信息化进一步融合，工控系统互联互通的趋势日益加强，工控系统所面临的网络安全威胁更加严峻，工业信息安全总体风险也持续攀升。重大网络安全事故的频发也证实了风险存在的危害性，这些事故大多利用了与plc有关的控制系统后门或漏洞，造成设备严重损坏、大面积停电等严重后果。国家相关部门于2019年颁布实施了网络安全等级保护制度2.0政策，对系统的防护体系、保护对象及网络信任体系都有强制性的要求，所以plc作为能源类关键信息基础设施的核心控制系统，在设计及生产时需满足信息安全防护要求，要求形成行业模板规范，提升plc的网络信息安全的整体水平，降低系统遭受恶意攻击的概率，保障系统的安全稳定运行。
3.同时，随着风电行业的不断发展，风力发电机组已经趋于单机容量更大、叶片长度更长和塔筒高度更高的方向发展。风电整机制造商不断加大技术研发投入，加快风电机组国产化进程，关键部件国产化率已达到90％以上，但作为风电机组核心部件的plc始终没有摆脱进口器件，目前用在风力发电机组中的plc，基本都是国外厂家的产品，且部分产品为非模块化形式，给运维带来很大难度，也增加了运维成本。随着部分国外厂家plc产品的停产，plc器件的老化与备件无处可买的问题日益严重，特别是老化后的plc不断引起风电机组频报故障，运行10年以上的风场plc故障率逐年上升，已严重影响了风电场的发电效益。并且，为响应国家对工控领域自主可控要求的号召，开发一套风力发电机组plc自主可控系统结构是很有必要的。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本实用新型提供一种风力发电机组plc自主可控系统结构，通过将系统的各部分进行模块化安装，可以对现有风力发电机组主控系统进行升级改造，整个系统安装方便、接线简单，既解决现有风力发电机组plc自主可控系统的安全隐患问题，又提高了未来进行模块化更新的便利性及作业效率。
5.为达到上述目的，本实用新型提供了一种风力发电机组plc自主可控系统结构，其包括：
6.一12槽的卡槽背板，装设于机舱中，其中，12个槽位从左往右依次定义为1～12号槽位，1号槽位安装一第一电源模块，2号槽位安装一cpu模块，3号槽位与4号槽位分别安装2个can通信模块，5号槽位～7号槽位分别安装3个机舱数字量输入模块，8号槽位安装一机舱数字量输出模块，9号槽位～12号槽位分别安装4个机舱模拟量输入模块；以及
7.一8槽的卡槽背板，装设于塔基处，其中，8个卡槽从左往右依次定义为1～8号卡槽，1号卡槽安装一第二电源模块，2号卡槽安装一以太网通信模块，3号卡槽安装一塔基数字量输入模块，4号卡槽安装一塔基数字量输出模块，5号卡槽安装一塔基模拟量输入模块，6号卡槽～8号卡槽为3个空槽模块，所述3个空槽模块用于系统扩展；
8.其中，还包括：
9.所述cpu模块通过网线与机舱交换机数据连接，所述以太网通信模块通过网线与塔基交换机数据连接，且所述机舱交换机与所述塔基交换机通过光缆连接，用于实现塔基与机舱之间的通信；
10.所述12槽的卡槽背板上的每个槽位均设置有互相导通的槽位供电与通信接口；所述8槽的卡槽背板上的每个卡槽均设置有互相导通的卡槽供电与通信接口；
11.所述第一电源模块输入为24v直流电压，输出为5v直流电压，用于通过所述槽位供电与通信接口向每个槽位上的模块提供稳定的工作电压；所述第二电源模块输入为24v直流电压，输出为5v直流电压，用于通过所述卡槽供电与通信接口向每个卡槽上的模块提供稳定的工作电压。
12.在本实用新型一实施例中，其中，所述cpu模块为国产自主可控龙芯处理器，主频不低于400mhz，程序和数据存储能力不低于32mb。
13.在本实用新型一实施例中，其中，所述12槽的卡槽背板还包括：
14.一12槽背板对时接口；
15.至少一12槽背板扩展接口，用于对机舱内的功能进行扩展；
16.多个槽位模块固定螺丝孔，设置于每个槽位处，用于固定安装对应槽位的模块；
17.多个12槽背板固定螺丝，设置于所述12槽的卡槽背板的两侧，用于将12槽的卡槽背板固定在机舱电控柜内；
18.至少一12槽背板接地螺丝，用于接地；以及
19.多个12槽背板内电路板固定螺丝，用于固定安装内部电路板。
20.在本实用新型一实施例中，其中，所述8槽的卡槽背板还包括：
21.一8槽背板对时接口；
22.至少一8槽背板扩展接口，用于对塔基内的功能进行扩展；
23.多个卡槽模块固定螺丝孔，设置于每个卡槽处，用于固定安装对应卡槽的模块；
24.多个8槽背板固定螺丝，设置于所述8槽的卡槽背板的两侧，用于将8槽的卡槽背板固定在塔基电控柜内；
25.至少一8槽背板接地螺丝，用于接地；以及
26.多个8槽背板内电路板固定螺丝，用于固定安装内部电路板。
27.在本实用新型一实施例中，其中，所述2个can通信模块分别通过can总线连接功率变频器与偏航变桨变频器，所述2个can通信模块中的通信协议为can自由口协议或canopen协议。
28.在本实用新型一实施例中，其中，所述3个机舱数字量输入模块分别用于接收安全链状态反馈信号、接收熔丝/空开/接触器反馈信号及温控开关/液位开关/微动开关反馈信号，所述塔基数字量输入模块用于接收远程开关信号、ups状态信号及变压器信号，每一机舱数字量输入模块与所述塔基数字量输入模块的输入通道为支持源漏通用型信号输入的
通道。
29.在本实用新型一实施例中，其中，所述机舱数字量输出模块用于输出机舱内指示灯控制信号、电池充放电接触器控制信号、风扇继电器控制信号与加热器控制信号，所述塔基数字量输出模块用于输出塔基柜门指示灯控制信号与远程急停复位信号，所述机舱数字量输出模块与所述塔基数字量输出模块的输出为源型输出，且每组输出均为带隔离且有保险丝保护的输出。
30.在本实用新型一实施例中，其中，所述4个机舱模拟量输入模块分别用于接收4-20ma电流信号/0-10v电压信号、机舱电控柜内温度信号、水冷/油冷系统温度信号以及发电机绕组/轴承温度信号，所述塔基模拟量输入模块用于接收塔基柜温度信号与塔筒温度信号，所述4个机舱模拟量输入模块与所述塔基模拟量输入模块包括电流电压型模块和热电阻型模块。
31.在本实用新型一实施例中，其中，所述以太网通信模块的通信速率为10/100mbps自适应，且具有ip冲突检测报警功能。
32.在本实用新型一实施例中，其中，安装于所述12槽的卡槽背板内的模块与安装于所述8槽的卡槽背板内的模块均为可独立拆装模块且支持热插拔，每个模块还自带led状态显示。
33.与现有技术相比，本实用新型的系统结构安装方便、接线简单，可快速解决风力发电机组主控系统plc老化引起的机组故障率高问题，解决风力发电机组主控系统plc停产引起的备件替换问题，解决风力发电机组主控系统plc国产化问题，解决风力发电机组主控系统进口plc无法自主可控的安全隐患问题。
附图说明
34.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本实用新型一实施例系统结构示意图；
36.图2为本实用新型一实施例中12槽卡槽背板示意图；
37.图3为本实用新型一实施例中8槽卡槽背板示意图。
38.附图标记说明：1001-功率变频器；1002-偏航变桨变频器；1003-机舱交换机；1004-塔基交换机；201-12槽背板对时接口；202-12槽背板扩展接口；203-槽位供电与通信接口；204-槽位；205-槽位模块固定螺丝孔；206-12槽背板固定螺丝；207-12槽背板接地螺丝；208-12槽背板内电路板固定螺丝；301-8槽背板对时接口；302-8槽背板扩展接口；303-卡槽供电与通信接口；304-卡槽；305-卡槽模块固定螺丝孔；306-8槽背板固定螺丝；307-8槽背板接地螺丝；308-8槽背板内电路板固定螺丝。
具体实施方式
39.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的
实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
40.图1为本实用新型一实施例系统结构示意图，图2为本实用新型一实施例中12槽卡槽背板示意图，图3为本实用新型一实施例中8槽卡槽背板示意图，如图1～图3所示，本实施例供了一种风力发电机组plc自主可控系统结构，其包括：
41.一12槽的卡槽背板，装设于机舱中，其中，12个槽位(204)从左往右依次定义为1～12号槽位(12-1～12-12)，1号槽位(12-1)安装第一电源模块、2号槽位(12-2)安装一cpu(central processing unit，中央处理器)模块、3号与4号槽位(12-3、12-4)分别安装2个can(controller area network，控制器局域网络)通信模块、5号～7号槽位(12-5～12-7)分别安装3个机舱数字量输入模块、8号槽位(12-8)安装一机舱数字量输出模块、9号～12号槽位(12-9～12-12)分别安装4个机舱模拟量输入模块；其中，2个can通信模块分别通过can总线连接功率变频器(1001)与偏航变桨变频器(1002)，3个机舱数字量输入模块分别用于接收安全链状态反馈信号、接收熔丝/空开/接触器反馈信号及温控开关/液位开关/微动开关等反馈信号，机舱数字量输出模块用于输出机舱内指示灯控制信号、电池充放电接触器控制信号、风扇继电器控制信号、加热器控制信号等需要程序控制的器件控制信号，4个机舱模拟量输入模块分别用于接收4-20ma电流信号/0-10v电压信号、机舱电控柜内温度信号、水冷/油冷系统温度信号以及发电机绕组/轴承温度信号；以及
42.一8槽的卡槽背板，装设于塔基处，其中，8个卡槽(304)从左往右依次定义为1～8号卡槽(8-1～8-8)，1号卡槽(8-1)安装第二电源模块、2号卡槽(8-2)安装一以太网通信模块、3号卡槽(8-3)安装一塔基数字量输入模块、4号卡槽(8-4)安装一塔基数字量输出模块、5号卡槽(8-5)安装一塔基模拟量输入模块、6号～8号卡槽(8-6～8-8)为3个空槽模块；其中，塔基数字量输入模块用于接收远程开关信号、ups状态信号、变压器信号等反馈信号，塔基数字量输出模块用于输出塔基柜门指示灯控制信号、远程急停复位信号等，塔基模拟量输入模块用于接收塔基柜温度信号、塔筒温度信号等温度信号，3个空槽模块用于系统扩展；以便在后续系统增加功能需求时，如果原有模块点位不够用，即可扩展新模块，实现新功能的快速增加，以解决用户的不同需求。
43.其中，还包括：
44.cpu模块通过网线与机舱交换机(1003)数据连接，以太网通信模块通过网线与塔基交换机(1004)数据连接，且机舱交换机(1003)与塔基交换机(1004)通过光缆连接，用于实现塔基与机舱之间的通信；cpu模块为整个系统的大脑，cpu模块内可以预先安装有自身的底层系统和用户程序，以实现对数据进行读取、计算、存储和传输等处理，本实施例的cpu可选用现有产品及预置程序，本实用新型不对cpu的处理进行限定。
45.12槽的卡槽背板上的每个槽位(204)均设置有互相导通的槽位供电与通信接口(203)；8槽的卡槽背板上的每个卡槽(304)均设置有互相导通的卡槽供电与通信接口(303)；安装在同一卡槽背板中的不同模块，可以通过卡槽背板上设置的供电与通信接口进行供电与通信，无需另外走线，整个布局简洁。
46.第一电源模块输入为24v直流电压，输出为5v直流电压，用于通过槽位供电与通信接口(203)向每个槽位(204)上的模块提供稳定的工作电压；第二电源模块输入为24v直流电压，输出为5v直流电压，用于通过卡槽供电与通信接口(303)向每个卡槽(304)上的模块
提供稳定的工作电压。
47.在本实施例中，其中，cpu模块采用国产自主可控龙芯处理器，主频不低于400mhz，程序和数据存储能力不低于32mb。
48.在本实施例中，其中，12槽的卡槽背板还包括：
49.一12槽背板对时接口(201)；可以设置于12槽背板的一侧；
50.至少一12槽背板扩展接口(202)，可以设置于12槽背板的两侧，用于对机舱内的功能进行扩展；
51.多个槽位模块固定螺丝孔(205)，设置于每个槽位(204)处，用于固定安装在对应槽位的模块；模块安装到卡槽背板后，可以通过卡槽背板上的槽位模块固定螺丝孔进行紧固固定，以防止风力发电机组晃动产生模块安装松动问题。
52.多个12槽背板固定螺丝(206)，设置于12槽的卡槽背板的两侧，用于将12槽的卡槽背板固定在机舱电控柜内；
53.至少一12槽背板接地螺丝(207)，可以设置于12槽背板的两侧，用于接地；以及
54.多个12槽背板内电路板固定螺丝(208)，用于固定安装内部电路板。
55.在本实施例中，其中，8槽的卡槽背板还包括：
56.一8槽背板对时接口(301)；可以设置于8槽背板的一侧；
57.至少一8槽背板扩展接口(302)，可以设置于8槽背板的两侧，用于对塔基内的功能进行扩展；
58.多个卡槽模块固定螺丝孔(305)，设置于每个卡槽(304)处，用于固定安装在对应卡槽的模块；
59.多个8槽背板固定螺丝(306)，设置于8槽的卡槽背板的两侧，用于将8槽的卡槽背板固定在塔基电控柜内；
60.至少一8槽背板接地螺丝(307)，可以设置于8槽背板的两侧，用于接地；以及
61.多个8槽背板内电路板固定螺丝(308)，用于固定安装内部电路板。
62.在本实施例中，其中，can通信模块配置支持的通信协议可以为can自由口协议或canopen协议(一种架构在控制局域网络上的高层通信协议)。
63.在本实施例中，其中，每一机舱数字量输入模块与塔基数字量输入模块的输入通道为支持源漏通用型信号输入的通道；机舱数字量输出模块与塔基数字量输出模块的输出为源型输出，且每组输出均为带隔离且有保险丝保护的输出；4个机舱模拟量输入模块与塔基模拟量输入模块包括电流电压型模块和热电阻型模块。
64.在本实施例中，其中，以太网通信模块的通信速率为10/100mbps自适应，且具有ip冲突检测报警功能。
65.在本实施例中，其中，安装于12槽的卡槽背板内的模块与安装于8槽的卡槽背板内的模块均为可独立拆装模块且支持热插拔，每个模块还自带led状态显示。
66.在本实施例图示中，3号槽位的can通信模块与功率变频器通信，4号槽位的can通信模块与偏航变桨变频器通信，用于心跳检测、电网检测、转矩检测与给定、功率检测与给定、角度检测与给定，以及其它涉及风电机组控制的状态字、故障字的传输；5号槽位的机舱数字量输入模块用于接收安全链状态反馈信号，6号槽位的机舱数字量输入模块用于接收熔丝、空开、接触器反馈信号，7号槽位的机舱数字量输入模块用于接收温控开关、液位开
关、微动开关等反馈信号；8号槽位的机舱数字量输出模块输出控制信号用于控制机舱内指示灯、电池充放电接触器、风扇继电器、加热器等需要程序控制的器件；9号槽位的机舱模拟量输入模块用于接收4-20ma电流信号或0-10v的电压信号，10号槽位的机舱模拟量输入模块用于接收机舱电控柜内温度信号；11号槽位的机舱模拟量输入模块用于接收水冷、油冷系统温度信号，12号槽位的机舱模拟量输入模块用于接收发电机绕组和轴承温度信号。在其他实施例中，相同类型的模块连接的器件也可根据需要做适当调整，例如6号槽位与7号槽位所接收的信号可以进行交换，本实施例并非对其进行限定。
67.本实施例的所有数字量输入模块额定输入电压可例如为24vdc(直流)，所有通道支持源漏通用型信号输入；所有数字量输出模块输出方式为24vdc(直流)晶体管形式，源型输出，每组输出都带隔离且有保险丝保护；所有模拟量输入模块可根据需求选用电流电压型模块和热电阻型模块。
68.本实用新型的系统安装方便、接线简单，可快速解决风力发电机组主控系统plc老化引起的机组故障率高问题，解决风力发电机组主控系统plc停产引起的备件替换问题，解决风力发电机组主控系统plc国产化问题，解决风力发电机组主控系统进口plc无法自主可控的安全隐患问题。
69.本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。
70.本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。
71.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。