风电机组偏航扭缆开关检测系统

1.本发明属于能源利用技术领域，具体涉及风电机组偏航扭缆开关检测系统。


背景技术：

2.风能是一种干净的、可再生的能源，利用风能发电是极为重要、且极具发展潜力的发电方式。风电机组偏航系统扭缆极限位置安全保护装置的功能，是为使风电机组的机舱位置在偏航到一定角度时，防止扭断电缆——即扭缆,因扭转过度导致的扭缆损伤并及时触发极限报警，使机舱反向偏航到零位，释放扭缆，此即风电机组的自动解缆过程，其中触发极限报警的是极限位置安全保护装置下简称偏航扭缆开关。当机舱向左偏航达到一定角度，触发凸轮开关机舱左极限报警信号，控制系统将启动解缆程序使机舱回到零位如果由于环境影响或其他不可预知的因素，未能触发左极限报警，机舱继续左偏航至机舱左限位位置，触发机舱左限位，故障停机。机舱右极限与机舱右限位报警与其相似。
3.因在过去的风电机组偏航扭缆开关检测过程中，无激励源的存在，只能将风机机舱内的偏航扭缆开关的物理结构和电器结构全部拆卸下来，拿到地面的测试中心，待测试完毕后，再将传感器复位，整个过程十分不便且困难，在二次安装的过程中，还很可能会带来一些失误。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于提供风电机组偏航扭缆开关检测系统，能够解决现有风电机组振动检测过程中，无激励源的存在，只能将风机机舱内的所有待检测传感器的物理结构和电器结构全部拆卸下来，拿到地面的测试中心，待测试完毕后，再将传感器复位，整个过程十分不便且困难，在二次安装的过程中，还很可能会带来一些失误的问题。
5.为了解决上述问题，本发明提供了风电机组偏航扭缆开关检测系统，包括检测台组件、端子排系统、开关电源系统、步进电机系统、步进电机驱动器系统、控制器和风电机组安全链系统；
6.处于第一工作状态下，检测台组件与控制器信号连接，处于第二工作状态下，检测台组件与风电机组安全链系统信号连接，控制器与开关电源系统信号连接、控制器与端子排系统信号连、控制器与步进电机驱动器系统信号连接，步进电机系统与步进电机驱动器系统信号连接。
7.可选的，检测台组件包括待检测偏航扭缆开关、检测台盖板、待检测偏航扭缆开关齿轮、检测台底板、步进电机齿轮和触摸屏；
8.触摸屏和检测台盖板均固定连接在检测台底板上，待检测偏航扭缆开关固定安装在检测台盖板上，待检测偏航扭缆开关齿轮固定安装于待检测偏航扭缆开关，步进电机齿轮固定安装于步进电机系统电机轴，待检测偏航扭缆开关齿轮和步进电机齿轮相啮合；
9.处于第一工作状态下，待检测偏航扭缆开关与控制器信号连接，处于第二工作状
态下，待检测偏航扭缆开关与风电机组安全链系统信号连接。
10.可选的，控制器与步进电机驱动器系统连接方式为：控制器的i2.5与控制器的q1.4连接，控制器的1m与控制器的2m连接，控制器的q1.4与步进电机驱动器系统的pul+连接，控制器的q1.5与步进电机驱动器系统的dir+连接。
11.可选的，控制器与端子排系统连接方式为：触摸屏的x1.1引脚连接端子排系统的24vdc引脚，触摸屏的x1.2引脚连接端子排系统的gnd引脚，控制器的i2.6与端子排系统的x-4连接，控制器的i2.7与端子排系统的x-5连接。
12.可选的，步进电机系统与步进电机驱动器系统连接方式为：步进电机系统的引脚1连接步进电机驱动器系统的a+，步进电机系统的引脚2连接步进电机驱动器系统的a-，步进电机系统引脚3连接步进电机驱动器系统的b+，步进电机系统引脚4连接步进电机驱动器系统的b-。
13.可选的，步进电机驱动器系统与端子排系统连接方式为：步进电机驱动器系统的gnd引脚连接端子排系统的gnd引脚，步进电机驱动器系统的vdc引脚连接端子排系统的24vdc引脚。
14.可选的，开关电源系统与端子排系统、控制器连接方式为：开关电源系统的n连接端子排系统的x-3，开关电源系统的l1连接端子排系统的x-2，开关电源系统的负极连接端子排系统的x-8，开关电源系统的负极连接控制器的1m引脚和m引脚，开关电源系统的正极连接端子排系统的x-6和x-7，开关电源系统的正极连接控制器的l+和2l+引脚，端子排系统的x-1接地。
15.有益效果
16.本发明的实施例中所提供的风电机组偏航扭缆开关检测系统，将检测台组件直接应用于风力发电机的机舱上，处于第一工作状态即离线检测状态时，检测台组件的待检测偏航扭缆开关的两对左右极限引出线与控制器信号连接，即实现了在离线时也可以进行偏航扭缆开关传感器检测，当处于第二工作状态即在线状态时，检测台组件的待检测偏航扭缆开关的两对左右极限引出线与风电机组安全链系统信号连接，即实现在在线时也可以进行偏航扭缆开关传感器检测。检测台组件相当于便携式激励源，可以产生激励信号，传递给主控系统，相当于对偏航扭缆开关传感器进行了在线测试，进而判断偏航扭缆开关传感器的好与坏，为风电机组重要保护功能的检测带来便捷。
17.优点：
18.1、符合“煤改电”政策，能够大幅度的减少环境污染物的排放，对环境友好，同时符合绿色发展的发展方式。
19.2、本装置相当于便携式激励源，为风电机组重要保护功能的检测带来便捷，有效的提升了风电作业的效率。
20.3、风力发电机经长时间运行后，凸轮等器件会造成一定程度的磨损，会导致偏航误差增大，进而影响风力发电机对风角度的偏差增大甚至造成安全系统出现隐患。然而，在风力发电机上面进行偏航校准十分困难并会出现较大偏差，用本装置则可以对偏航扭缆开关进行及时有效的测试，进而对偏航系统进行校准。
附图说明
21.图1为本发明实施例的检测系统流程图；
22.图2为本发明实施例的偏航扭缆开关传感器检测流程图；
23.图3为本发明实施例的检测台组件结构示意图；
24.图4为本发明实施例的开关电源系统、端子排系统以及控制器连接示意图；
25.图5为本发明实施例的步进电机系统和步进电机驱动器系统连接示意图。
26.附图标记表示为：
27.1、检测台组件；2、待检测偏航扭缆开关；3、检测台盖板；4、待检测偏航扭缆开关齿轮；5、触摸屏；6、步进电机齿轮；7、端子排系统；8、开关电源系统；9、步进电机系统；10、步进电机驱动器系统；11、控制器；12、检测台底板。
具体实施方式
28.现有的风机偏航及扭缆检测装置采用四个凸轮来实现扭缆检测：第1个凸轮实现逆时针预解缆检测、第二个凸轮实现顺时针预解缆检测、第三个凸轮实现机舱偏航360度检测、第四个凸轮实现顺指针或者逆时针扭缆极限检测。采用编码器来实现偏航角度的检测。
29.作用原理：机舱偏航检测电机旋转角度对偏航扭缆开关圈数进行检测，同时对偏航过程中的累积误差进行消除。顺时针扭缆或逆时针扭缆预解缆检测不是扭缆极限位置，通常扭缆到该位置后,要根据当前的风速来判断是否需要解缆。顺时针或逆时针扭缆极限检测，当扭缆到该位置后，必须强制停机，然后在维护人员操作下，进行解缆操作直到恢复到动力电缆自然垂缆的状态。
30.上述可知，过去的风电机组偏航扭缆开关检测过程中，无激励源的存在，只能将风机机舱内的所有待检测传感器的物理结构和电器结构全部拆卸下来，拿到地面的测试中心，待测试完毕后，再将传感器复位，整个过程十分不便且困难，在二次安装的过程中，还很可能会带来一些失误。因此需要一种风电机组偏航扭缆开关检测系统解决上述问题。
31.结合参见图1至图5所示，根据本发明的实施例，风电机组偏航扭缆开关检测系统，包括检测台组件1、端子排系统7、开关电源系统8、步进电机系统9、步进电机驱动器系统10、控制器11和风电机组安全链系统，检测台组件1包括检测偏航扭缆开关2、检测台盖板3、待检测偏航扭缆开关齿轮4、检测台底板12、触摸屏5和步进电机齿轮6；请参照图1，处于第一工作状态，即离线检测状态下，检测台组件1的待检测偏航扭缆开关2的两对左右极限引出线与控制器11信号连接，处于第二工作状态，即在线检测状态下，检测台组件1的待检测偏航扭缆开关2的两对左右极限引出线也可与风电机组安全链系统信号连接，待检测偏航扭缆开关齿轮4与步进电机齿轮6啮合连接，以使检测台组件1检测偏航扭缆开关；控制器11分别与开关电源8、端子排7以及步进电机驱动器10相互信号连接，步进电机9与步进电机驱动器10信号连接。利用控制器11、开关电源8、端子排7、步进电机9和步进电机驱动器10与检测台组件1相互连接，协同运行，精确便捷的完成偏航扭缆开关传感器的检测。
32.检测台组件1包括待检测偏航扭缆开关2、检测台盖板3、待检测偏航扭缆开关齿轮4、检测台底板12、步进电机齿轮6和触摸屏5；触摸屏5和检测台盖板3均固定连接在检测台底板12上，待检测偏航扭缆开关2固定安装在检测台盖板3上，待检测偏航扭缆开关齿轮4固定安装于待检测偏航扭缆开关2，步进电机齿轮6固定安装于步进电机系统9电机轴，待检测
偏航扭缆开关齿轮4和步进电机齿轮6相啮合。处于第一工作状态下，待检测偏航扭缆开关2与控制器11信号连接，处于第二工作状态下，待检测偏航扭缆开关2与风电机组安全链系统信号连接。
33.请参照图2，本检测台组件1的技术方案如下：
34.1、上电前检测台盖板3的束紧夹扣将待检测偏航扭缆开关2固定在检测台上，使待检测偏航扭缆开关齿轮4与步进电机齿轮6相互啮合，开启电源，触摸屏5与控制器11初始化，偏航参数初始化；
35.2、上电后设定偏航齿圈齿数与偏航扭缆开关齿数，触摸屏5中设有偏航齿数扭缆齿数参数表，可查阅各种类型机组参数；
36.3、设定偏航度数，控制器11对偏航角度计算，控制步进电机精确偏航转动相应度数；
37.4、触摸屏5会显示转动度数与累计度数，偏航结束后，点击复位可将偏航扭缆开关复位至初始位置，本周期检测结束。经大量偏航实验证明偏航检测精度高，操作便捷，解决了目前偏航扭缆开关的检测问题。
38.请参照图3，待检测偏航扭缆开关2电气结构两条左右极限引出线与风电机组安全链系统连接，只将待检测偏航扭缆开关2的物理结构拆卸下来安装于检测装置，检测装置给予激励信号，若检测获知所述待检测偏航扭缆开关2偏航到左极限或右极限位置时，则偏航扭缆开关传感器向风机安全链系统发送极限位置信号，若设定偏航角度等于安全链系统的相关阈值，则实现在线检测。
39.待检测偏航扭缆开关2电气结构左极限引出线接入端子排系统7的左极限和24vdc、右极限引出线接入端子排系统7的右极限和24vdc，实现离线检测。
40.控制器11与步进电机驱动器系统10连接方式为：控制器11的i2.5与q1.4连接，控制器11的1m与2m连接，控制器11的q1.4与步进电机驱动器系统10的pul+连接，控制器11的q1.5与步进电机驱动器系统10的dir+连接，实现控制器11与步进电机驱动器系统10之间脉冲信号传递。
41.控制器11与端子排系统7连接方式为：触摸屏5的x1.1引脚连接端子排系统7的24vdc引脚，触摸屏5的x1.2引脚连接端子排系统7的gnd引脚，控制器11的i2.6与端子排系统7的x-4连接，控制器11的i2.7与端子排系统7的x-5连接，实现控制器11与端子排系统电信号传递。
42.请参照图5，步进电机系统9与步进电机驱动器系统10连接方式为：步进电机系统9的引脚1连接步进电机驱动器系统10的a+，步进电机系统9的引脚2连接步进电机驱动器系统10的a-，步进电机系统9引脚3连接步进电机驱动器系统10的b+，步进电机系统9引脚4连接步进电机驱动器系统10的b，实现步进电机驱动器系统10对步进电机系统9的控制；
43.步进电机驱动器系统10与端子排系统7连接方式为：步进电机驱动器系统10的gnd引脚连接端子排系统7的gnd引脚，步进电机驱动器系统10的vdc引脚连接端子排系统7的24vdc引脚，实现步进电机驱动器系统10对端子排系统7的电信号传递。
44.请参照图4，开关电源系统8与端子排系统7、控制器11连接方式为：开关电源系统8的n连接端子排系统7的x-3，开关电源系统8的l1连接端子排系统7的x-2，开关电源系统8的负极连接端子排系统7的x-8，开关电源系统8的负极连接控制器11的1m引脚和m引脚，开关
电源系统8的正极连接端子排系统7的x-6和x-7，开关电源系统8的正极连接控制器11的l+和2l+引脚，端子排系统7的x-1接地，实现开关电源系统8给控制器供电，开关电源系统8通过端子排系统7给其他部件供电。
45.其中，端子排系统7的x-4与控制器11的i2.6连接，可以有效引入扭缆开关传感器的左极限位置信号。
46.进一步的，端子排系统7的x-5与控制器11的i2.7连接，可以有效引入扭缆开关传感器的右极限位置信号，引入到控制系统的两个极限位置信号作为系统反馈信号。
47.进一步的，当待检测偏航扭缆开关2的其中一个极限位置信号被触发，就会通过以上连接将极限位置信号反馈给控制器11，控制器11将立即发出停止偏航转动信号且触摸屏5界面显示当前极限位置，即离线检测。
48.进一步的，当不引入极限位置信号时，控制器11会根据触摸屏5界面输入的度数进行度数判断，在剩余度数等于预设慢速度数时，进行慢速偏航，方便检测人员人为触发偏航停止，即在线检测。
49.本发明整体技术效果：工作时，检测人员在触摸屏5设定偏航角度，并按下启动时，触摸屏5将偏航角度传给控制器11，控制器11对偏航角度计算处理为相应的脉冲值，控制器11将脉冲值发送给步进电机驱动器系统10，步进电机驱动器系统10通过消耗脉冲值控制步进电机系统9转动，步进电机齿轮6带动待检测偏航扭缆开关齿轮4转动，步进电机驱动器系统9将消耗掉的脉冲值反馈给控制器11，控制器11对反馈的脉冲值计数并处理，将计数值处理为转动角度值并传给触摸屏5，触摸屏5将角度值显示在界面上。
50.本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

技术特征：
1.风电机组偏航扭缆开关检测系统，其特征在于，包括检测台组件(1)、端子排系统(7)、开关电源系统(8)、步进电机系统(9)、步进电机驱动器系统(10)、控制器(11)和风电机组安全链系统；处于第一工作状态下，检测台组件(1)与控制器(11)信号连接，处于第二工作状态下，检测台组件(1)与风电机组安全链系统信号连接，控制器(11)与开关电源系统(8)信号连接、控制器(11)与端子排系统(7)信号连、控制器(11)与步进电机驱动器系统(10)信号连接，步进电机系统(9)与步进电机驱动器系统(10)信号连接。2.根据权利要求1所述的风电机组偏航扭缆开关检测系统，其特征在于，检测台组件(1)包括待检测偏航扭缆开关(2)、检测台盖板(3)、待检测偏航扭缆开关齿轮(4)、检测台底板(12)、步进电机齿轮(6)和触摸屏(5)；触摸屏(5)和检测台盖板(3)均固定连接在检测台底板(12)上，待检测偏航扭缆开关(2)固定安装在检测台盖板(3)上，待检测偏航扭缆开关齿轮(4)固定安装于待检测偏航扭缆开关(2)，步进电机齿轮(6)固定安装于步进电机系统(9)电机轴，待检测偏航扭缆开关齿轮(4)和步进电机齿轮(6)相啮合；处于第一工作状态下，待检测偏航扭缆开关(2)与控制器(11)信号连接，处于第二工作状态下，待检测偏航扭缆开关(2)与风电机组安全链系统信号连接。3.根据权利要求1所述的风电机组偏航扭缆开关检测系统，其特征在于，控制器(11)与步进电机驱动器系统(10)连接方式为：控制器(11)的i2.5与控制器(11)的q1.4连接，控制器(11)的1m与控制器(11)的2m连接，控制器(11)的q1.4与步进电机驱动器系统(10)的pul+连接，控制器(11)的q1.5与步进电机驱动器系统(10)的dir+连接。4.根据权利要求1所述的风电机组偏航扭缆开关检测系统，其特征在于，控制器(11)与端子排系统(7)连接方式为：触摸屏(5)的x1.1引脚连接端子排系统(7)的24vdc引脚，触摸屏(5)的x1.2引脚连接端子排系统(7)的gnd引脚，控制器(11)的i2.6与端子排系统(7)的x-4连接，控制器(11)的i2.7与端子排系统(7)的x-5连接。5.根据权利要求1所述的风电机组偏航扭缆开关检测系统，其特征在于，步进电机系统(9)与步进电机驱动器系统(10)连接方式为：步进电机系统(9)的引脚1连接步进电机驱动器系统(10)的a+，步进电机系统(9)的引脚2连接步进电机驱动器系统(10)的a-，步进电机系统(9)引脚3连接步进电机驱动器系统(10)的b+，步进电机系统(9)引脚4连接步进电机驱动器系统(10)的b-。6.根据权利要求1所述的风电机组偏航扭缆开关检测系统，其特征在于，步进电机驱动器系统(10)与端子排系统(7)连接方式为：步进电机驱动器系统(10)的gnd引脚连接端子排系统(7)的gnd引脚，步进电机驱动器系统(10)的vdc引脚连接端子排系统(7)的24vdc引脚。7.根据权利要求1所述的风电机组偏航扭缆开关检测系统，其特征在于，开关电源系统(8)与端子排系统(7)、控制器(11)连接方式为：开关电源系统(8)的n连接端子排系统(7)的x-3，开关电源系统(8)的l1连接端子排系统(7)的x-2，开关电源系统(8)的负极连接端子排系统(7)的x-8，开关电源系统(8)的负极连接控制器(11)的1m引脚和m引脚，开关电源系统(8)的正极连接端子排系统(7)的x-6和x-7，开关电源系统(8)的正极连接控制器(11)的l+和2l+引脚，端子排系统(7)的x-1接地。

技术总结
本发明提供了风电机组偏航扭缆开关检测系统，包括检测台组件、端子排系统、开关电源系统、步进电机系统、步进电机驱动器系统、控制器和风电机组安全链系统，处于第一工作状态下，检测台组件与控制器信号连接，处于第二工作状态下，检测台组件与风电机组安全链系统信号连接，控制器与开关电源系统信号连接、控制器与端子排系统信号连、控制器与步进电机驱动器系统信号连接，解决现有风电机组振动检测过程中，无激励源的存在，只能将风机机舱内的所有待检测传感器的物理结构和电器结构全部拆卸下来，拿到地面的测试中心，待测试完毕后，再将传感器复位，整个过程十分不便且困难，在二次安装的过程中，还很可能会带来一些失误的问题。题。题。


技术研发人员：郑浩 毕增国 邢作霞 王湘明 陈雷 刘洋 刘璟璐
受保护的技术使用者：沈阳工业大学
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/5/23