1.5WM机组主控系统
1.5MW双馈-西门子主控-单核程序升级说明
目录0.文档版本记录 (2)1.更新“单核IPC系统程序” (3)1.1备份重要文件和信息 (3)1.2制作PE启动盘 (5)1.3开始更新“系统程序” (5)1.4登录“单核IPC系统” (10)1.4.1登录系统 (10)1.4.2等待系统自动配置 (10)1.4.3等待自动进入塔底HMI界面 (11)1.4.4屏幕操作 (12)2.更新“应用程序” (13)2.1开始更新“应用程序” (13)2.1.1关闭软PLC和塔底HMI (13)2.1.2删除、拷贝程序文件 (15)2.1.3修改偏航扭缆角度和发电量等信息 (17)2.1.4重新启动软PLC和塔底HMI画面 (18)2.1.5修改硬件配置和其他参数 (20)2.2WindLib文件夹功能介绍 (23)3.更新机舱ktp1000触摸屏HMI画面 (24)3.1在笔记本PC上安装相关软件 (24)3.2使用笔记本PC下载ktp1000触摸屏HMI画面 (25)4.西门子主控系统在风场调试和配置说明 (28)4.1打开IPCtools (28)4.2关闭EWF功能 (29)4.3配置时间同步 (30)4.4修改IP地址和风机名称 (31)4.5开启EWF功能 (32)5.其他操作说明 (33)5.1首先关闭WinCC RunTime，即塔底HMI监控画面。
(33)5.2点击桌面“IPC关机或者重启”软件。
(33)6.主控PLC模块状态说明 (34)6.1模块状态 (34)6.1.1IPC模块状态 (34)6.1.2塔底ET200S从站模块状态 (35)6.1.3机舱的ET200S从站模块状态 (35)6.2WinAC RTX状态 (37)0.文档版本记录文档名称发布版本V1发布时间2016-03-14撰写人WYQ 修订版本发布时间修改人修订版本发布时间修改人1.更新“单核IPC系统程序”更新“单核IPC系统程序”时，首选需要对风机的重要信息进行备份，然后再启动PE系统，通过PE系统内的Ghost程序（选择研发部发布的最新GHO镜像文件），实现单核IPC系统程序更新。
1.5MW风机主控及电气回路
一、双馈机组技术介绍，二、控制系统介绍，三、通讯及安全链系统，四、重要设备软硬件，五、控制模式介绍一、双馈机组技术介绍1、双馈机组运行原理2、发电原理介绍变速恒频双馈发电机运行时电机转速与定、转子绕组电压频率关系的数学表达式：f1=（p/120）×nr±f2式中：f1为定子电压频率；p为电机的极数；nr为双馈发电机的转速；f2为转子励磁电压频率。
由上式可知，当转速nr发生变化时，若调节f2变化，可使f1保持恒定不变，实现双馈发电机的变速恒频控制亚同步运行n r＜n1时，（即0＜S＜1）f2取正号，如果忽略各种损耗，则发电机的能量关系为：P电磁=P机械+P转差P上网=P电磁（定子馈电，转子由变频器提供励磁）超同步运行n r＞n1时，（即S＞1）f2取负号，如果忽略各种损耗，则发电机的能量关系为：P机械=P转差+P电磁P上网=P转差+P电磁（定子馈电+转子馈电）注：n1为发电机的同步转速。
3、控制策略介绍叶尖速比：叶轮的叶尖线速度与风速之比。
叶尖速比在5-15时，具有较高的风能利用系数Cp。
通常可取6-8 。
二、控制系统介绍1、控制系统结构塔底柜：塔筒柜/变流器机柜机舱柜：变桨控制柜/机舱控制柜2、控制系统硬件组成PLC 主站塔底从站机舱从站（20）：数字量机舱从站（22）：模拟量3、重要卡件介绍PROFIBUS 现场总线主站接口：CX1500-M310CPU：CX1020电源模块：CX1100-0002Profibus总线耦合器：BK3150端子供电模块：KL9210数字输入输出模块：KL1104、KL2134模拟输入模块：KL3204电网检测模块：KL3403：输入：三相电压、电流；计算：电压电流有效值，有功功率、视在功率、电流峰值、频率 安全链模块：KL1904、KL2904、KL6904差分模拟量输入模块：KL3404SSI编码器接口端子：KL5001三、通讯及安全链系统1、Profibus通讯结构Profibus总线终端器Profibus接线顺序：变流器——》Profibus主站CX1500-M310——》塔底柜BK3150（11号站）——》塔底柜光电转换器——》机舱柜光电转换器——》机舱柜BK3150（20号站）——》机舱柜BK3150（22号站）——》变桨系统2、安全链系统安全链是风机的最后一道保护，为一组串联的常闭接线电路，安全链动作会触发紧急停机，系统由3片KL1904，一片KL6904和一片KL2904组成。
金风1.5MW机组主控通用软件和CPU模块CX1020系统升级工作任务通知
金风1.5MW机组主控通用软件和CPU模块CX1020系统升级工作任务通知一、任务目的：（简要概括任务目的）1、1.5MW主控软件定期升级------2014年年度升级（优先级：高）水冷机组主控程序由1500-SW-V130606版升级到1500-SW-V141125版。
2、CX1020系统升级。
解决因CE系统内存泄露导致的通讯异常（优先级：低）二、任务目标完成时间：2015-1-30（主控软件升级）2015-12-30（CX1020系统升级）二、本次软件升级主要增加的功能简述1、发电机绝缘在线监测功能，该功能适用所有类型的机型。
增加绝缘在线监测设备后可以使用该功能（在加装设备时需要手动开启主控程序测试功能及更新中央监控软件）。
2、发电机烘潮功能。
适用于主动整流机型。
3、发电机微风转动除水功能，该功能适应所有类型的机型。
4、增加AVC远程控制功能，主要应用在远程无功控制。
5、增加对vensys变桨加热器、散热风扇的控制功能。
6、读取变流器buffer文件，并生成FC数据文件。
只适用于风冷被动整流机型（freqcon变流器，进口vensys变流器）。
三、本次软件升级主要优化内容简述1、各种无功控制方式功能的优化。
2、增加93叶片低风速并网策略。
3、能量管理平台的数据交互优化。
4、侧风偏航的功能的优化。
5、故障停机启机等级和复位等级的优化。
6、优化PLC内存泄露问题，更新了Weaprog文件下可执行文件。
7、优化解决87叶片发电机支架振动问题。
8、优化解决大磁钢电机在800kw左右限功率报有功功率高和功率不匹配故障问题。
只适用于风冷机组。
9、无功控制和显示的标准化。
容性无功为正值，感性无功为负值，与电网一致。
只适应于风冷机组。
广东罗定亚婆髻中广核风电场吕治彬2014-12-23。
1.5MW风力发电机组控制系统操作面板使用手册KFD-005000I_89_SM
密级：公司秘密东方电气自动控制工程有限公司DONGFANG ELECTRIC AUTO-CONTROLENGINEERING Co., Ltd.1.5MW风力发电机组控制系统操作面板使用手册编号KFD-005000ISM版本号A2010年09月编制10-09-13校对 10-09-21审核 10-09-23会签审定 10-09-24批准10-09-24编号 KFD-005000ISM换版记录版本号 日期 换 版 说 明A 2010.9 首次发布目录序号章节内容页数备注1 概述 12 0-1 登入登出 23 0-2 主界面 34 0-3 风机状态 65 0-4 参数设置 116 0-5 控制 47 0-6 统计 48 0-7 I/O模块 69 0-8 报警 2概述风力发电机组控制系统DYWCS5000配置有专为具有授权的风场调试和运行人员使用的触摸式液晶操作面板。
每套系统配2套液晶操作面板，分别安装在机舱控制柜和变频器处。
该面板可操作性强，人机界面使用方便，可以通过该面板对风机进行各项操作、浏览风机运行状态、修改各项参数、查看统计信息、查看报警信息等。
0-1登入登出1.1登入图0-1-1人机界面成功启动后即进入用户登陆界面(0-1-1)，使用者点击，弹出，点击该文字，弹出虚拟键盘如下图。
图0-1-2键盘按键包括“A-Z,a-z,0-9,←(删除)，回车(确认输入)，Clr(清除所有)，Del(删除后面的字符)，Ese(退出)，SPC等（图0-1-2）。
默认显示大写字母；选择a-z显示小些字母；选择0-9显示数字。
输入密码后点击回车获得相应权限，即可根据不同权限进入主页。
不同用户权限级别可进行不同权限的操作。
各权限分别为：1级：浏览，只能查看风机状态，不能进行任何操作；2级：供业主使用，可查看风机状态，对风机进行启、停、偏航、复位等控制；3级：供维护人员使用，除具备2级功能外，还具备修改参数功能；4级：厂内调试使用，可以进行任何操作。
2.1--金风1.5兆瓦风力发电机组控制系统介绍
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）
1.5兆瓦风机电控系统介绍
对于处于旷野之中高耸物体，无论怎么样防护，都不可能完全避免雷 击。因此，对于风力发电机组的防雷来说，应该把重点放在遭受雷击 时如何迅速将雷电流引入大地，尽可能地减少由雷电导入设备的电流， 最大限度地保障设备和人员的安全，使损失降低到最小的程度。金风 1.5MW风力发电机组的防雷系统就是遵循这一原则而设计的，从叶尖 到机组基础，各部分均采用了严密的防雷击保护措施（见上图），防 雷按照IEC61024标准所规定的I级保护等级要求，参照执行IEC 61400-24、DIN VDE 0127、GB50057-1994等标准金风1.5MW风力 发电机组的防雷系统，根据相应的防雷标准，我们将风力发电系统的 内外部分分了多个电磁兼容性防雷保护区。其中，在机舱、塔身和主 控室内外可以分为LPZ0、LPZ1和LPZ2三个区（如上图）。针对不同 防雷区域采取有效的防护手段，主要包括雷电接受和传导系统、过电 压保护和等电位连接等措施，这些都充分考虑了雷电的特点而设计， 实践证明这一方法简单而有效。
控制及安全保护
整个运行过程都处于主控PLC严密控制之中。其安全保护系统分三层结构：计算机 系统，独立于计算机的安全链，器件本身的保护措施。在机组发生超常振动、过速、电 网异常、出现极限风速等故障时保护机组。对于电流、功率保护，采用两套相互独立的 保护机构，诸如电网电压过高，风速过大等不正常状态出现后。电控系统会在系统恢复 正常后自动复位，机组重新启动。 具体运行过程为： A、当风速持续10分钟（可设置）超过3m/s，风机将自动启动。叶轮转速大于10.1转／ 分时并入电网。 B、随着风速的增加，发电机的出力随之增加，当风速大于12m/s时，达到额定出力，超 出额定风速机组进行恒功率控制。 C、当风速高于２２米/秒持续10分钟，将实现正常刹车（变桨系统控制叶片进行顺桨， 转速低于切入转速时，风力发电机组脱网）。 D、当风速高于28米/秒并持续10秒钟时，实现正常刹车；当风速高于33米/秒并持续1 秒钟时，实现正常刹车。 E、当遇到一般故障时，实现正常刹车。 F、当遇到特定故障时，实现紧急刹车（变流器脱网，叶片以7°/s的速度顺 桨）。
金风1.5mw主控程序刷新
主控程序刷新作业指导流程1、从其他风机上准备一个PLC主控程序（Y），拷贝至电脑桌面上（检修电脑桌面用风机号命名的主控程序可以直接使用）。
2、用一字端子起取下需要刷新的风机号（X 风机）的PLC卡，将所有文件全部进行拷贝到电脑桌面上。
3、将X风机的plc卡进行格式化，把准备好的PLC主控程序（Y）拷贝至x风机的PLC卡上，把原来风机（X风机）的INTE文件夹（原来风机发电量数据）替换至CF卡内。
4、把拷贝后的CF卡，装回主控模块中（装入时注意方向，CF卡一边窄、一边宽，要与卡槽相对应）拔下主控PLC输出端网线，进行上电。
（因程序内未改IP地址，必须拔掉输出网线，避免IP对冲）5、更改主控程序IP地址：将电脑与PLC通过网线连接起来，通过电脑上安装的CE软件进入，输入IP地址192.168.151.Y，更改成原来的风机IP，进入后如下选择RUN...,进入后找到表中的SOFTWARE→BECKHOFF→TwinCAT→Sy stem ，后如图原65机组IP为C0A897410101(以风机65号为例，65为10进制，换算成16进制等于41)，将IP地址其中的41改为42（十进制66换算为十六进制等于42），修改完毕点击OK，关闭小窗口。
(主控程序只能识别16进制,10进制192.168.151.65.01.01转换为16进制为C0A897410101)6、更改主控通讯IP地址：选择如下图中的Control Panel→Network and Dial-up Connetions→PCI-TCI8255X27、如下图，选择通讯IP栏：将IP地址192.168.151.Y改为192.168.151.X，子网掩码默认不变，点击OK8、插回主控网线，上电，打开就地监控TWECAT软件，重新与PLC建立连接，查看通讯、主控程序是否正常。
点击OK之后，恢复PLC上的网线，再将电脑与交换机通过网线连接。
8、选择如下图选项9、在空客内输入E5-10F机组的IP地址192.168.151.66，回车，选择弹出的对应风机IP，单机选择对应的IP之后，如下图箭头选择对应的风机IP地址，选择OK后，如下图箭头所指处变为红色证明已连接上，恢复正常。
1.5WM机组主控系统介绍
数字量输出模块用于驱动电磁阀、接触器、小功率电动机、灯和电动机启动器等负载。数 字量输出模块将CPU内部信号电平转化为控制过程所需的外部信号电平，同时有隔离和功率放 大的作用。输出模块的功率放大元件有驱动直流负载的大功率晶体管和场效应晶体管、驱动交 流负载的双向晶闸管或固态继电器。（如图所示）
模拟量输入模块用于将模拟量信号转换为CPU内部处理用的数字信号，其主要组成是A/D 转换器。（如图所示）
模拟量输出模块用于将CPU送给它的数字信号转换成为比例的电流信号或电压信号，对执 行机构进行调节或控制，其主要组成部分是D/A转换器。（如图所示）
3.4、倍福PLC模块
KL9010是K_BUS终端端子(模块)
KL9010总线末端端子可用于总线 耦合器和总线端子之间的数据交换。 每一个站都可在右侧使用KL9010 作为总线末端端子。总线末端端子 不具有任何其它功能或连接能力。
PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上 提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。
3.3、PLC输入和输出模块的基本原理
数字输入模块用于连接外部的机械触点和电子数字式传感器，例如二线式光电开关和接近开 关等。数字量输入模块将从现场传来的外部数字信号的电平转换为PLC内部的信号电平。输入电 路中一般设有RC滤波电路，以防止由于输入触点的抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号，输 入电流一般为数毫安。（如图所示）
பைடு நூலகம்
维护模式激活 No
OR
Yes No
停机正常
Yes
维护
OR
Yes 维护模式激活 No
维护模式下电 No
机转速故障
Yes
OR
5.2 启动和并网控制
风力发电机的起动和并网过程如下：由风向传感器测出风向主控制 器使偏航驱动机构动作，从而使风力发电机组对准风向。同时检测风速 （只要有风发电机转子就有转动，随着风速的增加发电机的感应电压也 逐步增加，即电机端电压逐步升高），当风速超过切入风速时，机组开 始启动，当机组达到一定条件时，通过全功率变流器控制的功率模块和 变流器网侧电抗器、电容器的LC滤波作用使系统输出电压等于电网电压、 频率也达到并网条件，同时检测电网电压与变流器网侧电压之间的相位 差，当其为零或相等（过零点）时实现并网发电（这些条件在金风 1.5MW机组里全部通过变流装置的控制来实现，变流装置通过锁相控制 和SPWM调制等使机组输出达到并网条件）。
金风1.5MW风力发电机组温控系统
重量/包装: 0.38 kg
温度调节部分-6/11
3.1.5
柜体加热器
型号：SK 3105.200 800W 230VAC
备用熔断器：自动保险器/熔丝 6A
重量/包装: 1.22 kg
温度调节部分-7/11
3.2 温度调节回路
3.2.1 主控系统温度调节回路
最大风压 : 0 .. 200 Pa
额定电压 : 230VAC
输入电流 : 0.24/0.28 A
输入功率 : 50/61W
电机转速 : 3120/min
使用频率 : 50/60Hz
防护等级 : IP44 温度范围 : -25 .. 75°C
噪音指数 : 69 dB(A)。
温度调节部分- 3/11
/min)
端 子：2引线
轴承类型：滚珠轴承
重 量：2.72kg。
温度调节部分-4/11
3.1.4
水冷散热风扇。
型号：042 500DV-A2 400V 50Hz
功率：1.5kW
风量：71003 /h
温度调节部分-5/11
3.1.5
柜体加热器
型号：SK3105.330 110-240VAC/30W
简称PTC热敏电阻。PTC热敏电阻是一种典型具有
温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度
（居里温度）时，它的电阻值随着温度
的升高呈阶跃性的增高。金风1.5MW
机组内一般采用过热保护用PTC电阻。
温度检测部分-4/10
2.1.4 倍福模块KL3204
KL3204 模拟量输入端子可
直接连接电阻型传感器。总
-0.1℃，三通阀关闭一次，然后在持续检测6s前后检测进阀温度差值，如果温差小
金风1.5MW 风力发电机组简介就地监控
变流器/冷却系 统页面
此页面包括：变 流器数据、冷却 系统数据、变流 器运行状况鸡冷 却系统信号。 这些数据中包括 变流器各个部分 的温度，水冷系 统的温度、压力 和流量，水冷系 统各元器件的运 行状态，变流系 统的运行状态。
偏航/液压系统页 面
此页面包括：偏航系 统信息、液压偏航状 态信号、动作等级。 这些数据中包括偏航 位置、偏航速度、解 缆日期、加脂日期， 偏航电机和液压泵的 工作时间，偏航和液 压系统工作的数字量 等。
金风1.5MW风力发电机组简介
吕进岗
1 2 3 4
人机交换界面简介及简单操作 1.5MW风力发电机组电气控制系统简介
一、人机交换界面简介及简单操作
通过此软件我们 可以登录到通讯 局域网中任何一 台就地的面板机 中（处联网状态 并装有VNC软件） 进行任意的操作。 运行run vnc viewer跳出对话框， 输入要登录电脑 的IP地址如： 192.168.150.**， 点击OK，跳出第 二个对话框输入 密码：2010，点 击OK进入到相应 的电脑中。
f文件b文件数据时序图100102030405060708090100114428743057371685910021145128814311574171718602003214622892432257527182861300431473290343335763719386240054148429144344577472048635006514952925435557857215864pitchpositionblade1pitchpositionblade1二15mw风力发电机组电气控制系统的组成及简介变桨系统变流系统主控系统整流单元逆变单元控制单元传感器单元执行单元变桨传感器变桨执行器件变桨控制单元变桨备电控制单元滤波单元监控系统工业以太网监控软件总线系统直驱15mw电控系统组成保护单元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变浆系统桨距调节桨距角采集异常保护变流系统电力变换功率控制转矩控制功率因数调节传感器数字量采集模拟量采集15mw风力发电机组电气控制系统的拓扑结构1主控系统金风15mw风力发电机组的主控系统以德国beckhoff公司生产的嵌入式plc控制器为核心
金风1.5兆瓦机组通讯监控系统概述
工作站 工作站 服务器
工作站
打印机
工作站
网状
计算机数据通信网络拓扑结构
组合拓扑结构图
金风1.5兆瓦机组的通信网络结构
• 随着风力发电机组大型化的发展趋势，风机通讯的即时性、可靠性、稳定性 显得更为重要，为此，公司1.5兆瓦风力发电机组采用了工业以态网的组网模 式。 • 以太网是一种计算机局域网组网技术。IEEE制定的IEEE 802.3标准给出了以 太网的技术标准。它规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的 内容。以太网是当前应用最普遍的局域网技术。它很大程度上取代了其他局 域网标准，如令牌环、FDDI和ARCNET。 • 工业以态网是指应用到工业控制系统的以态网。 • 金风科技1.5兆瓦风机监控系统主要功能是获取统计风机运行数据，即时获取 风机运行状态，并进行简单控制。由于风机控制主要是通过就地PLC完成， 中央监控系统对就地信息获取的即时性要求并不高，但需要获取准确的风机 运行状态与数据。另考虑风机中控与各风机间实际地理位置情况、风机通讯 成本，及现场对通讯端口需求情况（一般只需要3个网口），设计采用自愈环 网结构。以下为几种自愈环网结构。 • 单环路结构 • 应用在风机较少项目（10台以下）上。 • 当此环路上的某一个节点发生故障时都不会影响其它节点的正常通信。
达坂城5台兆瓦级风机 通信网络结构
金风1.5兆瓦机组风机内通信连线
中央监控系统软件的介绍
• 金风中央监控采用C/S结构设计，使用数据库实现数据存储。通 过实现各个风机主轮训方式实现风机数据的实时显示。通过实现 各个风机单独查询方式获得选定风机的实时详细状态显示。通过 实现命令下达方式实现对选定风机的就地控制。 • 由于系统是就地控制系统。所以是一个相对独立的自动化监控系 统。它通过与风机适配器的结合获得风机的各实时数据并选择存 入数据库中。通过分析处理、显示、统计等一系列的过程来完成 对风电厂各个风机的自动化监控。 • 本系统符合IEC标准协议，具有协议无关性。即任何协议的风机 协议均可在适配器适配后连接此系统运行。 • 为了使软件在WINDOWS中达到最佳显示效果，请将WINDOWS 显示分辨率设置为800×600以上，颜色设置为256种以上颜色。
风电机组1.5MW风力发电机组倍福模块相关知识介绍
安全链原理
• 安全链原理 安全链是独立于计算机系统的最高一级保护
措施。采用反逻辑设计，将导致风力发电机组处 于危险状态的故障接点串联成一个回路，一旦其 中一个接点动作，将导致安全链断开，触发紧急 停机。紧急停机后，只能手动复位后才能重新起 动。
模块简介
EK1100 | EtherCAT 耦合器
Us 24V: 表示耦合器的工作电 压 Up 24V: 模块供电电压 Link/Act E-bus: Ebus连接状态 Run： 运行状态
EK1100 耦合器用于将 EtherCAT 与 EtherCAT 端子 (ELxxxx) 相连。 一个站由一个 EK1100 耦合器、任意多个 EtherCAT 端子和一个总线末端端子
PLC简介
CX1100诊断
错误码 永久连续闪烁
第一次慢闪1次
第一次慢闪2次
第一次慢闪3次
第一次慢闪4次 第一次慢闪5次 第一次慢闪9次 第一次慢闪14次 第一次慢闪15次 第一次慢闪16次
错误码参数
第二次慢闪0次 第二次慢闪1次 第二次慢闪2次 第二次慢闪0次 第二次慢闪n次 (n > 0)
第二次慢闪0次
组成。
模块简介
BK1120 | EtherCAT 耦合器
供电: 第一排2个端子标有24V、0V，提供耦合器及 Kbus电源。 第二排2个端子标有+，第三排2个端子标有-， 提供外围I/O设备电源
BK1120 总线耦合器可将模块化、可扩展的电子端子排连接到 EtherCAT 实时 以太网系统。 BK1120 耦合器用于将 EtherCAT 与 EtherCAT 端子 (KLxxxx) 相连。 一个节点由一个总线耦合器、任意多个（1-64 之间）端子模块（通过 K-bus 扩 展时最多为 255 个）和一个末端端子模块组成。
金风1.5兆瓦机组通讯监控系统概述
软件功能：
• • • • • • • • • • 瞬时值实时监测 统计值监测 远程控制 数据存储 报警功能 图形绘制 报表功能 打印功能 数据备份功能 远程接口
主界面
• 在主界面的上方是系统菜单项和快捷图标按钮；中间部 分是风机图标排布区和风机主要信息显示区；最下方从 左到右依次为风电场名称，当前日期时间，当前使用系 统用户。 • 风机图标： • 红色：表示风机有故障（初始状态，当风机通讯连接未 收到有效数据时）。 • 带×符号：表示此风机未收到有效数据（即风机通讯中 断）。 • 文字：显示的信息包括（风机号、风机状态、风速、功 率）
单环路结构
中心交换机（集线器）连接各环网
• 交换机通过中央交换机连接 多环网结构使服务器端增强 了可扩展性，将其他外围集 线服务器或终端接入风机通 讯网，利于后期新增风机功 能。其网络结构如图：
多环相切结构
• 多环相切结构是指集线服 务器已接入一风机环网， 其他风机环网通过交换机 切入此风机环网。这种网 络各风机环网接入同一环 网，对此环的带宽占用较 多，对风机通讯速度有影 响，但适合现场风机极为 复杂线路。
统计查询菜单
• 在主界面的统计查询菜单 下包含：历史状态日志查 询，历史故障日志查询， 历史故障统计。
历史状态日志查询
• 功能：查询选定风机的选 定日期的状态记录 • 操作：选择统计查询菜单， 点击其下的历史状态日志 查询。选择需查看的风机 后选定日期，点击统计即 可。 • 结果：显示风机的历史状 态变化记录。
风机设置
• 功能：显示风机的编号、屏幕 位置、协议类型、风机控制id 等保证系统正常运行的风机基 本配置信息。 • 操作：点击设置菜单栏。选择 其下的风机设置选项进入风机 设置显示界面。单击风机信息 记录集。如果想对某台风机的 基本信息进行修改，则只需双 击那台风机的信息栏，进入风 机信息设置界面，在这里修改， 然后单击修改即可， • 结果：显示风机的基本配置信 息。
1.5MW机组电控用户手册(软件)
第一章．风电机组运行界面1.1概述在触摸屏操作界面最上面我们可以看到系统时间Time。
在触摸屏操作界面最下面，我们还可以看到一排按钮，在这一排按钮中我们可以分别操作我们需要的对应操作（下面的红色字体代表对应的操作按钮）。
在这后面我们则可以显示机组操作状态、刹车模式和偏航模式的状态。
现在我们解释一下各按钮分别对应的操作。
Time：系统时间Main：主界面Login：用户登录界面Pitch：变桨系统状态显示及操作界面DriveTrain：驱动系统的状态显示和手动操作界面Converter：变频器数据显示和通讯状况界面Yaw：偏航状态显示、风向风速显示和偏航操作界面Hydraulic/Other：液压站和其它操作Temperature：温度显示界面SafetyChain：安全链显示界面StatusCodes：状态代码界面Test：调试测试界面TOM：机组操作模式Brake mode：刹车模式Yaw mode：偏航模式1.2主界面介绍主信息：Pitch angle：变桨角度Gen speed：发电机速度Active power：有功功率Windspeed：风速Outside：户外温度Cabinet Nacelle：机舱柜温度Cabinet Tower：塔基柜温度Hub CenterBox：轮毂中控箱温度Alarm：报警状态Error：错误状态Available：可操作状态QuickStart按钮：快速启动Stop按钮：停机偏航操作：Clock Wise >>：顺时针偏航CounterClock Wise >>：逆时针偏航Yaw Manual：手动操作Stop：停止偏航PositionNacelleLtd：机舱相对位置角（相对正北方向）VaneDirection：风向标相对于机舱的风向角电网数据统计：Production ActivePower：生产的有功功率Production ReactivePower：生产的无功功率Operating Hours：机组操作时间vailability：机组总的可利用率Today：今天的电网数据统计量Total ：总的电网数据统计量System TrackRecord ：系统趋势History StatusCode ：历史状态代码PowerCurve ：功率曲线1.3功率曲线功率曲线信息：Class ：风速段Range ：风速范围Entries ：次数WindSum ：总风速PowerSum ：总功率WindMean ：平均风速PowerMean ：平均功率FirstEntry ：第一次计数时间LastEntry ：上次计数时间TimeOfAverage ：计数周期ResetPowerCurve30s ：复位功率曲线1.4系统趋势图曲线信息：PitchAngleSetValue ：变桨角度设定值PitchAngleCurrentValue ：变桨角度当前值当变桨角度设定值和当前值有一定偏差时，程序通过PID函数控制变桨移动。
MY1.5MW电控系统相关知识介绍讲解
安全链原理
• 安全链原理
安全链是独立于计算机系统的最高一
级保护措施。采用反逻辑设计，将导致
风力发电机组处于危险状态的故障接点
串联成一个回路，一旦其中一个接点动
作，将导致安全链断开，触发紧急停机。
紧急停机后，只能手动复位后才能重新
起动。
安全链结点
安全链节点：
明阳1.5MW风力发电机组在设计时对安全问
题进行了周全的考虑，风力发电机组安全链中
包含的节点有：
塔基急停按钮信号
机舱急停按钮信号
PCH振动大急停信号
扭缆开关保护信号
超速监视器超速信号
PLC系统故障
安全链动作示意图
安全链触发机组动作
机组紧急停机，发出变桨紧急顺桨（EFC）
信号，桨叶由市电或蓄电池供电转到91º触
发限位开关
系统调试运行。
先进的控制策略
根据风速的变化，风轮可在限定的任何
转速下运行。
6、在额定功率以下，桨叶调到0度，最大限
度地获取能量。
7、可靠、快速地变频调节发电机功率及功
率因数。
8、输出功率稳定，提供优质电能。
9、三桨叶独立的变桨传动控制单元。
10、完善的自动偏航功能。
11、优化的控制策略可提高抗台风能力。
集散控制系统
第三部分 主控系统介绍
➢ MY1.5MW风机的主控系统是在Beckhoff提供的
TwinCAT环境下，用PLC语言开发的一个PLC控制系统
，软件是基于安全和控制原理图设计的。
2024年10月16日星期
三
11
塔基控制柜、机舱控制柜
机舱柜
塔基柜
主控系统简介
采用Beckhoff公司产品。
风机电气系统
谢 谢！
1.3.1偏航系统示意图
1.3.2偏航系统组成
• ������ 偏航轴承：偏航电机下面有一个小齿 轮与大齿轮啮合，这个大齿轮叫偏航轴 承，由偏航电机驱动。偏航轴承承载机组 中主要部件的重量，并传递气动推力到塔 架，轴承中含有齿圈，偏航驱动机构中的 小齿轮与之啮合。������
1.3.2偏航系统组成 • 偏航驱动器：驱动装置由驱动电动机、减 速器、传动齿轮、齿轮间隙调整机构等组 成。偏航驱动装置要求起动平稳，转速均 无振动现象。
双馈变频器拓扑电路结构
变频器的功能
3、保护传动单元、支撑电网（LVRT) 这个功能是通过Crowbar来实现的， Crowbar 用来在电网出现异常情况时防止 出现过电压，例如在电网失压或电网短路 时。Crowbar 包括Crowbar 单元和一个大 功率电阻器。Crowbar又分为有源Crowbar 和无源Crowbar。
安全链结点
安全链节点： PCH振动大急停信号������ 扭缆开关保护信号 超速监视器超速信号 PLC系统故障
安全链动作示意图
安全链触发
机组安全链中任意接点断开都将引起机 组急停，急停包括两个状态：急停1和急停2 状态。急停1状态由除急停按钮以外的安全 链接点中的其他接点断开引起，急停2状态 由急停按钮触发引起。机组急停后安全链复 位必须手动完成。
先进的控制策略
5、根据风速的变化，风轮可在限定的任何 转速下运行。 6、在额定功率以下，桨叶调到0度，最大限 度地获取能量。 7、可靠、快速地变频调节发电机功率及功 率因数。 8、输出功率稳定，提供优质电能。 9、三桨叶独立的变桨传动控制单元。 10、完善的自动偏航功能。 11、优化的控制策略可提高抗台风能力。
1.2变桨控制系统 1.21功能描述 • 变桨系统都具有备用电池供电系统，以保 证在发生严重故障或重大事故（比如变桨 系统的主电源供电失效后）的情况下可以 安全停机（叶片顺桨到91度限位位置）。 此外还需要一个冗余限位开关（用于100度 限位），在主限位开关（用于91度限位） 失效时确保变桨电机的安全制动。
00风电 机组控制系统介绍
二、机组主控制系统的组成及功能
金风1.5兆瓦机组主控制系统使用贝福公司生产的PLC，处理速度快且功能强大：
硬件： 1、主处理器CX1020 采用功能强大的 1GHz Intel® M （系列）CPU ，主频达到1GHz，程序 运行速度快。 2、可同时执行多个任务及运行控制。可分成4 套控制器，每套4个任务，最小任务周期可达 50us。 3、可根据实际使用点数精确配置，支持即插即 用功能，配置方便、使用简单。
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）
冷却水管
散热器
机组主控制柜
水冷却控制柜
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
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）
冷却水管
散热器
机组主控制柜
水冷却控制柜
金风1.5兆瓦风力发电机组的控制系统
Switch变流配置的系统由变桨子站、机舱 控制子站、低电压控制子站、水冷控制子站、 Switch变流控制子站和主控器组成。
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。
00风电 机组主控系统
PLC执行程序的过程
输入和输出
★ 集中采样： 在一个扫描周期中，对输入状态的采样只在输入处理阶段进行。当PLC
进入程序处理阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入处理阶段 才对输入状态进行重新采样。 ★集中输出：
在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描 周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输 出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。
输入/输出按组态文件进行
四、现场总线Profibus-DP
4.1 Profibus-DP定义了三种设备类型
4.2 Profibus-DP单主系统
注意：我们1.5MW的电控系统就是采用的Profibus-DP单主系 统。
4.3 Profibus-DP多主系统
注意：我们的机组一般的通讯速率是3MBit/s,所以总线循环 时间低于10ms。
桨，转速低于切入转速时，风力发电机组脱网）。 D、当风速高于28米/秒并持续10秒钟时，实现正常停机；当风速高于33米/秒并持续1秒
钟时，实现正常停机。
E、当遇到一般故障时，实现正常停机（变桨4°/s 顺桨）。 F、当遇到某些固定故障时，实现快速停机（变桨6°/s 顺桨）。
G、当遇到特定故障时，实现紧急停机（变流器脱网，网侧断路器断开，叶片以7°/s 的速度顺桨）。
模拟量输出模块用于将CPU送给它的数字信号转换成为比例的电流信号或电压信号，对执 行机构进行调节或控制，其主要组成部分是D/A转换器。（如图所示）
3.4、倍福PLC模块
KL9010是K_BUS终端端子(模块)
KL9010总线末端端子可用于总线 耦合器和总线端子之间的数据交换。 每一个站都可在右侧使用KL9010 作为总线末端端子。总线末端端子 不具有任何其它功能或连接能力。
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0 初始化
5.1 机组几种主要动作关系 图
2 停机
3 待机
4 启动
5 并网
1 停机过程
9 维护
判断1及相应处理1
初始化 无故障、停机 正常、有启动 信号、初始化 启动模式为0
No
停机过程
No
初始化正常
Yes No
Yes
无扭缆 停机
解缆处理
Yes
手动或强制变 桨模式 相应处理1
No
通过判断1
No
故障、停机
变桨系统 变流系统 主控系统 监控系统
变 桨 传 感 器
变 桨 执 行 器 件
变 桨 控 制 单 元
变 桨 备 电
整 流 单 元
逆 变 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
工 业 以 太 网
监 控 软 件
各个部分之间的关系
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
启动并网流程
5.3 主控系统的控制及安全保护
整个运行过程都处于主控PLC严密控制之中。其安全保护系统分三层结构：主控制 PLC系统，独立于PLC的安全链，器件本身的保护措施。在机组发生超常振动、过速、 电网异常、出现极限风速等故障时保护机组，对电流、功率等的保护，采用两套相互独 立的保护机构。当电网电压过高，风速过大等不正常状态出现后，电控系统会在系统恢 复正常后自动复位，机组重新启动。 具体运行过程为： A、当风速持续10分钟（可设置）超过3m/s，风机将自动启动。叶轮转速大于10转／分 时并入电网。
围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。
PLC有什么特点？ 1、通用性强，使用方便； 2、功能强，适应面广； 3、可靠性高，抗干扰能力强 ； 4、编程方法简单，容易掌握 ； 5、PLC控制系统的设计、安装、调试和维修工作量少，极为方便。控制程序变化方便，具有很好的 柔性； 6、体积小、重量轻、功耗低。 PLC的应用 1、开关量逻辑控制 ；2、运动控制 ；3、闭环过程控制 ；4、数据处理 ；5、通讯联网
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CPU通过PC104总线进行内部通讯。
CX1020内部的通讯结构
PC 104总线 以太网口1
以太网口2
各个子站内部及对外的通讯结构
BC/BK3150
K-Bus总线
Profibus-DP
3.5、倍福PLC模块的组态运行
PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上 提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。
3.3、PLC输入和输出模块的基本原理
数字输入模块用于连接外部的机械触点和电子数字式传感器，例如二线式光电开关和接近开 关等。数字量输入模块将从现场传来的外部数字信号的电平转换为PLC内部的信号电平。输入电 路中一般设有RC滤波电路，以防止由于输入触点的抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号，输 入电流一般为数毫安。（如图所示）
PLC的组成 PLC由四部分组成 ：中央处理单元（CPU板）、输入输出（I/O）部件和电源部件
3.2、PLC的工作原理
PLC采用分时操作原理，从第一条程 序开始，在无中断或跳转控制的情况 下，按程序存储顺序的先后，逐条执 行执行程序，直到程序结束。然后再 从头开始扫描执行，并周而复始地重 复进行。由于CPU的运算处理速度很 快，所以从宏观上来看，PLC外部出 现的结果似乎是同时完成的。整个过 程包括内部处理、通信服务、输入处 理、程序执行、输出处理五个阶段。
输入/输出按组态文件进行
四、现场总线Profibus-DP
4.1 Profibus-DP定义了三种设备类型
4.2 Profibus-DP单主系统
注意：我们1.5MW的电控系统就是采用的Profibus-DP单主系 统。
4.3 Profibus-DP多主系统
注意：我们的机组一般的通讯速率是3MBit/s,所以总线循环 时间低于10ms。
三、PLC模块的功能及组态结构
3.1、PLC的基础知识
什么是PLC？ 可编程序控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC，国际电工委员会（IEC）于
1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下： “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编 程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令， 并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外
CX1020
CX1100
KL9210 KL6904 KL9010
主控器由CX1500-M310模块负责DP通讯，由CX1020负责机组程序 的逻辑判断，由CX1100负责CPU的供电及后续模块的通讯，由KL9210负 责后续模块的供电，由KL6904负责安全链的判断和管理。
各个功能模块内部的通讯图
主控制系统的设计和实施结果能够满足风力发电机组无 人值守、自动运行、安全保护的要求。
谢谢！
维护
停机控制或发 生故障
No
OR
Yes Yes
停机过程 OR 维护模式激活 维护模式下电 机转速故障
No
No
OR
Yes
Yes
停机正常
No
5.2 启动和并网控制
风力发电机的起动和并网过程如下：由风向传感器测出风向主控制 器使偏航驱动机构动作，从而使风力发电机组对准风向。同时检测风速 （只要有风发电机转子就有转动，随着风速的增加发电机的感应电压也 逐步增加，即电机端电压逐步升高），当风速超过切入风速时，机组开 始启动，当机组达到一定条件时，通过全功率变流器控制的功率模块和 变流器网侧电抗器、电容器的LC滤波作用使系统输出电压等于电网电压、 频率也达到并网条件，同时检测电网电压与变流器网侧电压之间的相位 差，当其为零或相等（过零点）时实现并网发电（这些条件在金风 1.5MW机组里全部通过变流装置的控制来实现，变流装置通过锁相控制 和SPWM调制等使机组输出达到并网条件）。
4.4 1.5MW机组的Profibus-DP结构
变桨1 DP
变流DP 红：3 绿：4 屏蔽：1水冷DPFra bibliotek主控DP
LVD柜 DP
变桨2 DP
变桨3 DP
五、主控系统的功能
主控制系统是机组可靠运行的核心，主要完成数据采集及输入、输出信 号处理；逻辑功能判定；对外围执行机构发出控制指令；与机舱柜通讯，接 收机舱信号，并根据实时情况进行判断发出偏航或液压站的工作信号；与三 个独立的变桨柜通信，接收三个变桨柜的信号，并对变桨系统发送实时控制 信号控制变桨动作；对变流系统进行实时的检测，根据不同的风况对变流系 统输出扭矩要求，使风机的发电功率保持最佳；与中央监控系统通讯、传递 信息。控制包括机组自动启动，变流器并网，主要零部件除湿加热，机舱自 动跟踪风向，液压系统开停，散热器开停，机舱扭缆和自动解缆，电容补偿 和电容滤波投切以及低于切入风速时自动停机。
金风1.5兆瓦机组主控制系统工作原理讲解
作者：孙伟
主要内容： 一、1.5MW风力发电机组电气控制系统的组成
二、 1.5MW风力发电机组电气控制系统的拓扑结构
三、PLC模块的功能及组态结构 四、现场总线profibus—DP 五、主控系统的功能
一、1.5MW风力发电机组电气控制系统的组成
直驱1.5MW电控系统组成
数字量输出模块用于驱动电磁阀、接触器、小功率电动机、灯和电动机启动器等负载。数 字量输出模块将CPU内部信号电平转化为控制过程所需的外部信号电平，同时有隔离和功率放 大的作用。输出模块的功率放大元件有驱动直流负载的大功率晶体管和场效应晶体管、驱动交 流负载的双向晶闸管或固态继电器。（如图所示）
模拟量输入模块用于将模拟量信号转换为CPU内部处理用的数字信号，其主要组成是A/D 转换器。（如图所示） 模拟量输出模块用于将CPU送给它的数字信号转换成为比例的电流信号或电压信号，对执 行机构进行调节或控制，其主要组成部分是D/A转换器。（如图所示）
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
变浆系统 ▲桨距调节 ▲桨距角采集 ▲异常保护
变流系统 ▲电力变换 ▲功率控制 ▲转矩控制 ▲功率因数调节
传感器 ▲数字量采集 ▲模拟量采集
二、 1.5MW风力 发电机组电气控 制系统的拓扑结 构
金风1.5MW风力发电机组的主控系统以德国beckhoff公司生 产的嵌入式PLC控制器为核心。PLC控制器主要实现风力发电机 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，配备有多种通讯接口，能够实现就地通讯 和远程通讯。采用PROFIBUS-DP现场总线组网，安全可靠。其 中主控系统是机组可靠运行的核心，主要完成数据采集及输入、 输出信号处理；逻辑功能判定；对外围执行机构发出控制指令； 与机舱柜及变桨控制系统通讯，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。