CN114137890B

CN114137890B - 实现海上风电设备远程重启的装置、远程io模块及方法

Info

Publication number: CN114137890B
Application number: CN202111658997.6A
Authority: CN
Inventors: 陈志文; 褚孝国; 杨政厚; 岳红轩; 陈卓; 韩健; 杜洋; 王爽
Original assignee: Beijing Huaneng Xinrui Control Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Huaneng Xinrui Control Technology Co Ltd
Priority date: 2021-12-30
Filing date: 2021-12-30
Publication date: 2023-08-08
Anticipated expiration: 2041-12-30
Also published as: CN114137890A

Abstract

一种实现海上风电设备远程重启的装置、远程IO模块及方法，包括远程IO模块、交换机、远程控制系统、主控PLC系统模块；远程IO模块与交换机通过网线连接；交换机通过光纤与远端控制系统连接；主控PLC系统模块的数字量输出模块与远程IO模块中的数字量输入模块连接；远程IO模块中的继电器输出模块串联接入主控PLC系统模块的PLC电源供电回路。本发明实现了通过远程IO模块实现三种风机主控PLC系统硬件重启功能，通过主控PLC系统硬件重启实现风机的控制大脑从异常状态恢复从而达到控制其他风机子系统的可能。为海上风机的运维和可靠性提供了强有力的恢复手段，能减少出海带来的人力成本、交通成本和机组发电的时间成本。

Description

实现海上风电设备远程重启的装置、远程IO模块及方法

技术领域

本发明涉及一种装置及其方法，尤其是涉及一种实现海上风电设备远程重启的方法和包括远程IO模块的装置。

背景技术

近十几年来，中国通过示范及批量化项目的发展，中国海上风电技术及配套工程取得了长足发展，海上风电产业进入快速发展通道，海上机组存在单机容量大，可靠性要求更苛刻，出海困难，应具备更高效的运维策略。传统陆上风机可达性比较强，当机组发生问题后，由维护人员直接去现场机组处理，但海上风机通常距离海岸在30公里以上往返时间长、用船成本高、通勤窗口期受天气影响很大，所以针对海上机组的设备需要具备更高的操作权限，而实现海上风电机组设备远程重启实现硬件置位具有很强的实际意义，可以节约人力物力，减少机组长时间停机导致的发电量损失。

当风机主控系统、变流器控制系统、变桨控制系统、偏航控制器等设备出现内部逻辑错误没法通过自身控制跳出死循环时候，需要借助外部设备实现断电重启使系统恢复。当前大部分风电机组不具备远程重启IO的功能，部分机组通过风机主控系统的PLC实现对IO模块的控制，存在当主控系统本身出现问题或主控与其他子系统的通讯出现问题时就无法实现对自身或其他子系统的断电重启。部分机组通过在风机内部的网络交换机的上集成IO通道实现远程控制，存在交换机体积大安转困难，IO控制器与交换机绑定导致交换机换型困难，IO点数浪费严重，不适合风机分布式应用成本高；此外，部分机组通过风机主控系统的PLC实现对IO模块的控制实现对子设备的电源供电控制从而实现对风机其他子设备的重启功能，但是存在当主控系统本身出现问题或主控与其他子系统的通讯出现问题时就无法实现对自身或其他子系统的断电重启；另外，部分机组通过在风机内部的网络交换机的上集成IO通道实现远程控制，存在交换机体积大安转困难，IO控制器与交换机绑定导致交换机换型困难，IO点数浪费严重，风机是分布式架构，交换机一般安装在塔底，如果要实现机舱或轮毂设备的重启需要在安转一个交换机只实现远程IO更导致应用成本高。

发明内容

为了解决以上问题有必要研究远程IO重启功能在风电机组上应用的方法，并开发风机专用的远程IO控制设备，本发明采取如下技术方案：

一种远程IO模块，其特征为：所述远程IO模块可以配置IP地址，通过浏览器输入IP地址可以进入远程IO模块的操作界面，该操作界面具备如下功能：

D)显示远程IO的IP地址，确定目前操作的设备IP；

E)显示远程IO模块的数字量输入模块的信息，分别显示数字量输入模块的信号状态；

F)显示远程IO模块的数字量输出模块的信息状态；并可以通过双击弹出对话框，控制每个输出通道的高低电平；

还包括如下功能模块：

电源供电模块：包含1个端口，标准输入电压24V，允许电压正常波动范围-25％～30％；

数字量输入模块:包含4个输入端口，4路数字量输入输入阻抗大于4KΩ，光电隔离绝缘，高电位识别9～36V，低电位识别在5～-5V；

Ethernet模块：1路网口，全双工模式，100Mbit/S电缆接口，RJ45连接器插头接口；

数字输出模块：包含4个输出端口，使用模块内部供电，具备短路电流限制，光电隔离绝缘；

继电器输出模块：包含4个继电器输出端口，使用内部供电，具备短路电流限制；

处理器模块：处理器采集数字量输入信号和Ethernet接口的ModbusTcp信号，通过内部逻辑处理判断，可以控制数字量输出端口和继电器输出端口的指令，远程IO模块的输出端口连接被控设备的电路中，从而达到干预被控设备的目的。

本发明还公开一种实现海上风电设备远程重启的装置，包括上述的远程IO模块、交换机、远程控制系统、主控PLC系统模块；其特征为：所述远程IO模块与交换机通过网线连接；所述交换机通过光纤与远端控制系统连接；所述主控PLC系统模块的数字量输出模块与远程IO模块中的数字量输入模块连接；所述远程IO模块中的继电器输出模块串联接入主控PLC系统模块的PLC电源供电回路。

本发明还公开一种实现海上风电设备远程重启的方法，包括上述的实现海上风电设备远程重启的装置，其特征为：包括如下步骤：

步骤1：远程IO模块中数字量输入端口DI1和主控PLC系统的数字量输出端口输出重启控制信号连接；远程IO模块中数字量输入端口DI2和主控PLC系统的数字量输出端口输出心跳信号连接；远程IO模块中数字量输入端口DI3和主控PLC系统的数字量输出端口输出24V电源监测信号连接；远程IO模块中继电器输出端口DO1的常闭触点串联接入到主控PLC系统模块24V工作电源上级.远程IO模块的Ethernet接口通过RJ45网口和风机交换机相连接，风机交换机通过光纤和远程控制系统相连接；

步骤2：当主控PLC系统有重启本身需求的时候可以通过主控PLC系统下发控制指令实现主控PLC系统断电重启功能；

步骤3：当主控PLC系统出现异常情况需要自动监测实现主控PLC系统断电重启功能；

步骤4：当出现特殊工况通过远程控制系统手动实现主控PLC系统断电重启功能。

有益效果：

本发明实现了通过远程IO模块实现三种风机主控PLC系统硬件重启功能，通过主控PLC系统硬件重启实现风机的控制大脑从异常状态恢复从而达到控制其他风机子系统的可能。为海上风机的运维和可靠性提供了强有力的恢复手段，能减少出海带来的人力成本、交通成本和机组发电的时间成本。

本发明的远程IO模块装置具有灵活配置的功能，为其他海上系统需要远程干预的应用提供了硬件平台，如实现变桨系统、变流系统、偏航系统的重启和控制功能。

附图说明

图1为海上远程设备重启装置图；

图2远程IO模块内部模块示意图；

图3远程IO模块安装示意图；

图4远程IO模块web控制界面。

具体实施方式

实施例1

一种远程IO模块，其特征为：包括1个24V电源供电端口、4个数字量输入端口、1路Ethernet端口、1个微处理器和8个数字量输出端口。如图1所示DI1-DI4为数字量输入信号，D05-D08为4个数字输出端口，D01-D04为4个继电器输出端口，详细端口和描述如下表：

序号	端口	描述
			1	24V	24V主电源供电端口正极
2	0V	24V主电源供电端口公共地(负极)
			3	DI1	数字量输入端口1
4	DI2	数字量轴入端口2
			5	DI3	数字量输入端口3
6	DI4	数字量轴入端口4
			7	Ethernet	EtherNet接口
8	处理器	信号采集与处理，输出相应逻辑指令输出
			9	D05	数字量输出端口1
10	D06	数字量输出端口2
			11	D07	数字量输出端口3
12	D08	数字量输出端口4
			13	11	继电器24V输出D01公共端口
14	12	继电器24V输出D01常闭端口
			15	14	继电器24V输出D01常开端口
16	21	继电器24V输出D02公共端口
			17	22	继电器24V输出D02常闭端口
18	24	继电器24V输出D02常开端口
			19	31	继电器24V输出D03公共端口
20	32	继电器24V轴出D03常闭端口
			21	34	继电器24V输出D03常开端口
22	41	继电器24V输出D04公共端口
			23	42	继电器24V轴出D04常闭端口
24	44	继电器24V输出D04常开端口

远程IO模块内部包含模块见图2所示，每个模块的要求如下：

数字量输入模块：包含4个输入端口，4路数字量输入输入阻抗大于4KΩ，光电隔离绝缘，高电位识别9～36V，低电位识别在5～-5V；

远程IO模块是专门面向风力发电设备及场站提升可靠性需求的设备，其本身具有高度灵活性和模块化的设计，其基本技术指标如下：

远程IO模块安转方式需要考虑风电通用的背板导轨安装，具体安装方式见图3：

远程IO模块可以配置IP地址，通过浏览器输入IP地址可以进入远程IO模块的操作界面，操作界面具备如下功能：

A)显示远程IO的IP地址，确定目前操作的设备IP；

B)显示远程IO模块的数字量输入模块的信息，分别显示DI1～DI4的状态，其中灰色代表低电平，绿色代表高电平；

C)显示远程IO模块的数字量输出模块的信息，分别显示DO1～DO8的状态，其中灰色代表低电平，绿色代表高电平；并可以通过双击弹出对话框，控制每个输出通道的高低电平。

实施例2

一种实现海上风电设备远程重启的装置，包括上述远程IO模块、交换机、远程控制系统、主控PLC系统模块；其特征为：所述远程IO模块与交换机通过网线连接；所述交换机通过光纤与远端控制系统连接；所述主控PLC系统模块的数字量输出模块与远程IO模块中的数字量输入模块连接；所述远程IO模块中的继电器输出模块串联接入主控PLC系统模块的PLC电源供电回路；所述远程IO模块采用TCP/IP方式通过环网交换机和中控的远程控制系统通讯；所述远程IO模块自身供电使用风电机组常用的24V电源供电。

实施例3

实现海上风电设备远程重启的方法，包括如下步骤：

步骤2：当主控PLC系统有重启本身需求的时候可以通过主控PLC系统下发控制指令实现主控PLC系统断电重启功能；进一步包括如下内容：

1)：主控PLC系统通过风机工况表或预设的异常情况或手动触发信号触发了需求重启主控PLC系统；

2)：主控PLC系统通过数字量输出模块输出“重启控制”信号通过线缆传输到远程IO模块的DI1端口；

3)：远程IO模块的DI1端口监测线缆中电压的变化转出为处理器模块识别的数字量信号，监测24V电压为1，监测0V电压为0；

4)：远程IO模块处理器模块识别的数字量信号0和1，当监测到信号由0变为1后控制DO1继电器输出模块端口动作，继电器11端口和14端口闭合断开PLC电源的供电回路；一段时间后(可设置，一般为10S)处理器模块控制DO1继电器输出模块端口动作使继电器11端口和12端口闭合恢复PLC电源的供电回路。

步骤3：当主控PLC系统出现异常情况需要自动监测实现主控PLC系统断电重启功能；进一步包括如下内容：

1)：主控PLC系统通过数字量输出模块输出“PLC心跳信号”信号通过线缆传输到远程IO模块的DI2端口，主控PLC系统在工作运行正常情况下，“PLC心跳信号”为一个方波(周期2秒，高低各1秒的方波信号)。

2)：远程IO模块的DI2端口监测线缆中电压的变化转出为处理器模块识别的数字量信号，监测24V电压为1，监测0V电压为0；

3)：远程IO模块处理器模块识别的DI2端口数字量信号0和1，当监测到信号10分钟内DI2端口信号未发生变化，处理器模块判断主控PLC系统出现异常，此时控制DO1继电器输出模块端口动作，继电器11端口和14端口闭合断开PLC电源的供电回路；一段时间后(可设置，一般为10S)处理器模块控制DO1继电器输出模块端口动作使继电器11端口和12端口闭合恢复PLC电源的供电回路。

步骤4：当出现特殊工况通过远程控制系统手动实现主控PLC系统断电重启功能；进一步包括如下内容：

1)：操作人员在中控室进入远程IO模块的远程控制系统WEB界面，人为判断需要进行远程重启主控PLC系统，见图4；

2)：通过远程控制系统系统WEB界面输出“PLC重启”指令，通过ModbusTcp协议将指令传给远程IO模块的处理器模块；处理器模块按照协议地址解析信号，信号解析为数字量0和1；

3)：远程IO模块处理器模块识别的数字量信号0和1，当监测到信号由0变为1后控制DO1继电器输出模块端口动作，继电器11端口和14端口闭合断开PLC电源的供电回路；一段时间后(可设置，一般为10S)处理器模块控制DO1继电器输出模块端口动作使继电器11端口和12端口闭合恢复PLC电源的供电回路。

本发明实现了通过远程IO模块实现三种风机主控系统PLC硬件重启功能，通过主控系统硬件重启实现风机的控制大脑从异常状态恢复从而达到控制其他风机子系统的可能。为海上风机的运维和可靠性提供了强有力的恢复手段，能减少出海带来的人力成本、交通成本和机组发电的时间成本。本发明的远程IO模块装置具有灵活配置的功能，为其他海上系统需要远程干预的应用提供了硬件平台，如实现变桨系统、变流系统、偏航系统的重启和控制功能。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.一种实现海上风电设备远程重启的装置，包括远程IO模块、交换机、远程控制系统、主控PLC系统模块；其特征为：

所述远程IO模块可以配置IP地址，通过浏览器输入IP地址可以进入远程IO模块的操作界面，该操作界面具备如下功能：

A)显示远程IO的IP地址，确定目前操作的设备IP；

B)显示远程IO模块的数字量输入模块的信息，分别显示数字量输入模块的信号状态；

C)显示远程IO模块的数字量输出模块的信息状态；并可以通过双击弹出对话框，控制每个输出通道的高低电平；

还包括如下功能模块：

处理器模块：处理器采集数字量输入信号和Ethernet接口的ModbusTcp信号，通过内部逻辑处理判断，可以控制数字量输出端口和继电器输出端口的指令，远程IO模块的输出端口连接被控设备的电路中，从而达到干预被控设备的目的；

所述远程IO模块与交换机通过网线连接；所述交换机通过光纤与远端控制系统连接；所述主控PLC系统模块的数字量输出模块与远程IO模块中的数字量输入模块连接；所述远程IO模块中的继电器输出模块串联接入主控PLC系统模块的PLC电源供电回路；

所述装置用于执行以下步骤：

步骤1：远程IO模块中数字量输入端口DI1和主控PLC系统的数字量输出端口输出重启控制信号连接；远程IO模块中数字量输入端口DI2和主控PLC系统的数字量输出端口输出心跳信号连接；远程IO模块中数字量输入端口DI3和主控PLC系统的数字量输出端口输出24V电源监测信号连接；远程IO模块中继电器输出端口DO1的常闭触点串联接入到主控PLC系统模块24V工作电源上级；远程IO模块的Ethernet接口通过RJ45网口和风机交换机相连接，风机交换机通过光纤和远程控制系统相连接；

2.根据权利要求1所述的一种实现海上风电设备远程重启的装置，其特征为：所述远程IO模块采用TCP/IP方式通过环网交换机和中控的远程控制系统通讯。

3.根据权利要求1所述的一种实现海上风电设备远程重启的装置，其特征为：所述远程IO模块自身供电使用风电机组常用的24V电源供电。

4.实现海上风电设备远程重启的方法，包括权利要求1-3任一所述的实现海上风电设备远程重启的装置，其特征为：包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的实现海上风电设备远程重启的方法，其特征为：所述步骤2进一步包括如下内容：

4)：远程IO模块处理器模块识别的数字量信号0和1，当监测到信号由0变为1后控制DO1继电器输出模块端口动作，继电器11端口和14端口闭合断开PLC电源的供电回路；一段时间后，处理器模块控制DO1继电器输出模块端口动作使继电器11端口和12端口闭合恢复PLC电源的供电回路。

6.根据权利要求4所述的实现海上风电设备远程重启的方法，其特征为：所述步骤3进一步包括如下内容：

1)：主控PLC系统通过数字量输出模块输出“PLC心跳信号”信号通过线缆传输到远程IO模块的DI2端口，主控PLC系统在工作运行正常情况下，“PLC心跳信号”为周期2秒，高低各1秒的方波信号；

3)：远程IO模块处理器模块识别的DI2端口数字量信号0和1，当监测到信号10分钟内DI2端口信号未发生变化，处理器模块判断主控PLC系统出现异常，此时控制DO1继电器输出模块端口动作，继电器11端口和14端口闭合断开PLC电源的供电回路；一段时间后，处理器模块控制DO1继电器输出模块端口动作使继电器11端口和12端口闭合恢复PLC电源的供电回路。

7.根据权利要求4所述的实现海上风电设备远程重启的方法，其特征为：所述步骤4进一步包括如下内容：

1)：操作人员在中控室进入远程IO模块的远程控制系统WEB界面，人为判断需要进行远程重启主控PLC系统；

2)：通过远程控制系统WEB界面输出“PLC重启”指令，通过ModbusTcp协议将指令传给远程IO模块的处理器模块；处理器模块按照协议地址解析信号，信号解析为数字量0和1；

3)：远程IO模块处理器模块识别的数字量信号0和1，当监测到信号由0变为1后控制DO1继电器输出模块端口动作，继电器11端口和14端口闭合断开PLC电源的供电回路；一段时间后，处理器模块控制DO1继电器输出模块端口动作使继电器11端口和12端口闭合恢复PLC电源的供电回路。

8.将权利要求4-7任一所述的实现海上风电设备远程重启的方法应用于海上风机远程重启控制中。