[发明专利]一种用于风力发电机组变桨控制系统的板式可编程控制器

权利要求书

1.一种用于风力发电机组变桨控制系统的板式可编程控制器，控制器采用双核控制板式结构，包括主控板和IO板，其特征在于：

所述IO板和主控板采用SPI方式实现通信；

所述IO板负责收发模拟量、数字量数据，将所采集变桨系统运行数据基于SPI通讯上传至主控板，同时接收主控板下发的模拟量、数字量输出指令，转换后将指令输出至被控设备；

所述主控板接收IO板上传的变桨系统运行数据，对变桨系统运行数据处理转换后发送至主控PLC，所述运行数据包括风力发电机组电机运行数据、轴箱环境数据、位置反馈；主控板同时接收风机主控PLC下发的桨叶位置角度控制指令，转换为桨叶实际应转动角度并向伺服驱动器下发，实现对叶片位置角度的控制；

所述IO板负责底层数据采集，设定独立于主控板的故障处理逻辑，和主控板的应用层故障逻辑相互配合达到双重的故障保护功能。

2.根据权利要求1所述的板式可编程控制器，其特征在于：

所述IO板包括IO板电源单元、通信控制单元、SPI驱动单元、GPIO驱动单元、IO板侧SPI-IO驱动单元；

所述IO板电源单元通过电源转换，为整个IO板提供直流电源；

所述SPI驱动单元设计四路两线制热电阻信号采集通道，通过连接PT100温度传感器采集变桨系统的温度数据，通过连接伺服电机SSI编码器采集叶片转向、转速、位置角度数据；

所述GPIO驱动单元设置独立IO通道，实现有源24V数字量输入和有源24V数字量输出；

所述IO板侧SPI-IO驱动单元负责和主控板连接通讯，将IO板所采集变桨系统运行数据上传至主控板；

所述通信控制单元包含IO处理器，分别与IO板电源单元、SPI驱动单元、GPIO驱动单元、IO板侧SPI-IO驱动单元相连，负责SPI驱动单元和GPIO驱动单元所执行数据采集任务的调度以及IO板侧SPI-IO驱动单元与主控板的主从通信任务处理。

3.根据权利要求2所述的板式可编程控制器，其特征在于：

所述IO处理器设定独立于主控板的通讯故障诊断处理逻辑，当判断通讯状态异常时，将启用相应故障模式，使风力发电机组整体进入紧急停机状态，配合主控板故障诊断达到双重的故障保护功能。

4.根据权利要求3所述的板式可编程控制器，其特征在于：

IO处理器在初始化后检测底层被控设备上传的输入信号是否正常，正常则将所采集数据发送至主控板中主处理器，通过读取主控板中主处理器指令，检测主处理器心跳是否正常，正常则执行主处理器输出指令，继续循环采集数据；该循环过程中当检测到底层设备上传数据异常，判断下行通信发生故障；或当检测到主处理器心跳异常，判断与主处理器发生通信故障，两类通信故障都将使风力发电机组进入第二故障模式，顺桨到90度，保证风力发电机组安全；该第二故障模式下不能自复位。

5.根据权利要求1或4所述的板式可编程控制器，其特征在于：

所述主控板包括主控板电源单元、控制单元、CANopen通信单元、以太网通信单元、主控板侧SPI-IO驱动单元；

所述主控板电源单元为主控板提供直流电源；

所述CANopen通信单元负责所述板式可编程控制器和风机主控PLC之间、伺服驱动器之间的通讯，其中通过两路CANopen从站接口与风机主控PLC通信，通过一路CANopen主站接口与风机伺服驱动器通信；

所述以太网通信单元负责所述板式可编程控制器与上位机之间的通信；

所述主控板侧SPI-IO驱动单元负责与IO板连接通信，接收IO板所采集的变桨系统运行数据；

所述控制单元包含主处理器，负责协调IO板与主控板之间以及主控板与风机主控PLC、伺服驱动器之间的通讯及运算控制任务，采用ARM9为主运算核心，接收IO板上传的变桨系统运行数据，将数据上传至主控PLC，并接收主控PLC下发的桨叶位置角度控制指令，通过CANopen通信单元发送至伺服驱动器，控制电机启停进而控制叶片角度变换及转速，通过主控板侧SPI-IO驱动单元发送开关量控制指令至IO板。