2.1--金风2.0MW机组控制系统介绍

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。
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
KL2134
7、8通道数字量输出端子KL2408
KL2408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。 KL2408有反向电压保护功能。其负载电流输出具 有过载和短路保护功能。每个总线端子含 8 个通道，每个通道都有一个 LED 指示其 信号状态。它所连接的元件必须和 KL2408 为同一接地。在闭环中所有电源触点互相 连通。在 KL2408 中由 24 V 电源触点为输出供电。
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。
三、机组主控制系统的组成及功能 主控系统组成
按位置划分
按功能划分
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主控柜 机舱柜 水冷柜 轮毂测控柜 传感器 手持屏
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PLC控制系统 安全链系统 配电系统 散热系统 测量系统 人机交互系统
三、机组主控制系统的组成及功能
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
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。
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
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。
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。
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。
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
2、总线供电端子KL来自百度文库210
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。
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。
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
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。
▲数字量采集 ▲模拟量采集
二、金风兆瓦风力发电机组的电气控制系统
金风2.0MW主控系统系统由变桨子站、机舱控制子站、低电压控制子站、水冷 控制子站、变流控制子站、轮毂测控子站和主控器组成。控制系统采用Profibus-DP 通信，主站、子站分配不同的通信地址。
二、金风兆瓦风力发电机组的电气控制系统
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
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
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
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。
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。
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
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
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
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
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
9、4通道模拟量输入端子KL3404
KL3404 模拟量输入端子可处理直流 -10 V 和 +10 V 范围的信号。分辨率 为 12 位，在电隔离的状态下被传送至上一级自动化设备。在 KL3404总线端子 中，有 4 个输入端为 2 线制型，并有一个公共的接地电位端。输入端的内部接 地为基准电位。运行 LED 显示端子与总线耦合器之间的数据交换。