单机控制系统

2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.1单机控制系统单机控制系统简介单机控制系统控制系统选用模块类型CX1020主控制器EK1110EtherCAT扩展模块BK1120总线耦合器EK1501/EK1521光纤通讯模块Profibus通讯模块-EL6731供电模块KL9210及终端模块KL9010三相电力测量模块-KL3403编码器测量模块-KL50014/8通道数字量输入模块-KL1104/EL11084/8通道数字量输出模块-KL2134/EL20084通道0~10V输入模块-KL34044通道4~20mA输入模块-KL34544通道4~20mA输出模块-KL4424

PT100热电阻输入模块-KL3202/KL3204安全模块安全控制器KL69044通道数字量输入安全模块KL19044通道数字量输出安全模块KL2904通讯模块状态目 录1.主控系统简介风电机组控制系统采用德国BECKHOFF（倍福）的PLC作为系统开发平台。BECKHOFF是风电行业中应用非常广泛的控制系统平台，如：DEWIND-D8/D8.2/D6，金风、国电联合、重庆海装、广东明阳、浙江华仪等。此外，在变桨系统中也有非常之多的应用，如：LUST变桨系统95%选用BECKHOFF，ATEC全部选用BECKHOFF。风电机组控制系统由一个塔底控制柜、一个机舱控制柜、一个机舱远程紧急停机盒共同组成。机舱和塔底之间采用光纤进行连接。系统与变桨系统之间通过电气滑环采用Profibus进行通讯。通过通讯，在主控系统内部可以直接查看变桨系统的故障，而不需要登塔。

单机控制系统与变流器之间的信号连接仍采用硬接线方式，只是相应的信号采集模块布置在变流器柜内，之间通过Profibus线进行连接。

BECKHOFF所有模块工作温度为0~55°，储藏温度为-25~85°。

BECKHOFF所有硬件均有状态指示，通过观察指示灯，可以判断故障并予以排除。与SEC-1250安全链设计采用Pilz的安全继电器所不同的是，SEC-2000采用的是通过SIL3认证的安全模块。2.单机控制系统--网络结构

3.控制器硬件连接

4.控制模块

总线耦合器:总线端子和现场总线之间的联接在一个总线耦合器上最多可带

64(255)*个总线端子总线末端子5.电源连接

抽屉式标签域用于标注文字说明标签电源触点自动连接给传感器/执行器供电状态LED指示可靠和快速的启动安装在标准35mmDIN导轨上，无需附加件标记片用于标准端子块6.单机控制系统—模块的装拆装拆-1拆-22023/2/5SEWINDCo.,Ltd.96.单机控制系统选用模块类型-1

序号模块类型模块描述应用举例备注1CX1020主控制器塔底柜2CX1100-0004控制器供电模块配合控制器使用塔底柜3CX1020-0111控制器扩展卡模块配合控制器使用塔底柜4CX1000-N010控制器DVI+USB扩展模块配合控制器使用塔底柜5EK1110EtherCAT扩展模块配合控制器使用塔底柜6BK1120K-BUS模块EtherCAT连接总线耦合器塔底柜、机舱柜7EK1521多模光纤EtherCAT通讯主模块塔底柜8EK1501多模光纤EtherCAT通讯从模块机舱柜9EL6731-000Profibus通讯主站模块塔底柜、机舱柜10BK3150Profibus通讯从站模块主控系统，变流器柜内电源及终端11KL9210电源分配模块塔底柜、机舱柜12KL9010K-BUS终端模块塔底柜、机舱柜通用模块13KL11044通道数字量输入模块塔底柜、机舱柜14KL21344通道数字量输出模块塔底柜、机舱柜15KL34044通道0-10V输入模块机舱振动信号机舱柜16KL34544通道4~20mA输入模块风速风向等机舱柜、变流柜17KL44244通道4~20mA输出模块转矩设定、功率因素设定等变流器柜2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.102、单机控制系统选用模块类型-2

序号模块类型模块描述应用举例备注18KL32022通道3线制PT10019KL34044通道2线制PT100特殊模块20KL3403-0000三相电力测量模块（1A）发电机功率，风机静功率塔底柜、变流器柜21KL3403-0010三相电力测量模块（5A）发电机功率，风机静功率变流器柜（仅用于样机）22KL5001编码器测量模块偏航角度测量机舱柜安全模块23KL1904安全模块-4通道数字量输入模块安全链信号塔底柜、机舱柜、变流器柜24KL2904安全模块-4通道数字量输出模块安全链输出-偏航、变桨、变流器变流器柜、机舱柜25KL6904安全模块-安全控制器塔底柜变桨系统模块26CP6608-0001-0000变桨系统主控制器3#轴柜内27EK1100EtherCAT耦合器28EL10088通道数字量输入模块29EL20088通道数字量输出模块30EL6751CANopen通讯模块与PitchMasterII进行通讯31EL6731-0010Profibus通讯从站模块与主控系统通讯2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.113、CX1020主控制器

SEC-W2000风电机组控制系统采用德国BECKHOFF（倍福）的PLC作为系统开发平台。其中主控制为CX1020。做为基于PC的控制器，CX1020具有以下特性：IntelCeleron处理器，1G时钟频率256MDDRRAM2GCF卡操作系统可选WindowXP和WindowCE（我公司选用WindowCE)

内置2个RJ-45口的交换机，支持10/100M内置DVI+USB口，可直接连接触屏具有状态灯指示2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.123、CX1020状态指示灯CX1020-0000控制器状态指示序号LED灯含义说明1PWR电源绿色—电源正常2LAN1以太网连接1绿色—RJ45口1连接正常3LAN2以太网连接2绿色—RJ45口2连接正常4TC控制器状态绿色—运行模式蓝色—组态模式5HDDCF卡状态绿色--CF卡连接正常CX1020-0111CF卡6PWR电源指示绿色—电源正常7LOCKCF卡连接指示绿色—CF卡连接正常8CFCF卡读写指示红闪—CF卡正在读写CX1100-0004电源模块9PWR电源指示绿色—电源正常10L/AE-BUS总线工作状态灭—E-BUS未连接点亮—E-BUS正常闪烁—E-BUS已连接，但存在数据冲突11RUNEtherCAT总线工作状态灭—初始化模式，INIT快闪—准备工作模式，PRE-OPERATIONAL（200ms亮，200ms灭）慢闪—保存操作模式，SAVE-OPERATIONAL（200ms亮，1000ms灭）快闪—引导操作模式，BOOTSTRAP（50ms亮，50ms灭）DVI+USB视频口交换机口CF卡控制器（PC）电源连接控制器状态指示灯CF卡状态指示灯2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.134、EK1110EtherCAT扩展模块EK1110布置在CX1020后，做为EtherCAT总线的扩展模块，将CX1020与BK1120连接起来，同时做为EtherCAT的终端模块。该模块对外提供一个RJ45口，支持100M以太网。EK1110状态Link/Act灭--与EtherCAT其他通讯模块无连接亮--Linked,与EtherCAT其他通讯模块建立连接闪--Active,与EtherCAT其他通讯模块进行通讯2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.145、BK1120总线耦合器BK1120用于将K-BUS模块与EtherCAT总线进行连接，可下挂64个K-BUS模块（通过扩展为255个）。RUN绿灯灭初始化模式Init闪烁预备操作模式Pre-Operation单闪安全操作模式Safe-Operation常亮正常操作模式Operational频闪启动模式BootstrapERROR红灯灭无故障闪烁PLC故障、通讯故障2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.155、BK1120总线耦合器—续

现场总线Filedbus通讯灯Link黄灯灭无连接亮连接正常ACT绿灯闪烁正在与上/下一个通讯模块通讯灭与上/下一个通讯模块无连接亮与上/下一个通讯模块无通讯2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.165、BK1120总线耦合器—续

现场总线K-BUS总线通讯灯IO-RUN绿灯灭K-BUS无连接亮K-BUS已激活IO-ERR红灯灭IO模块工作正常闪烁IO模块工作不正常，根据具体的闪烁频率判定故障情况………（略）2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.176、EK1501/EK1521光纤通讯模块EK1501/EK1521作用是将EtherCAT信号转换为光信号，最大程度避免塔筒动力电缆对控制系统的干扰，实现塔底控制系统和机舱控制系统的连接。EK1501为光纤通讯主站模块，布置在塔底柜。（CX1020旁）EK1521为光纤通讯从站模块，布置在机舱柜中。通过6芯单模光纤（W1250）和耦合器架，使用EK1501和EK1521将塔底控制系统和机场控制系统连接起来。6芯光纤，其中2芯用于连接主控系统；2芯连接到分别位于塔底柜和机舱柜中的光电转换器，实现塔底交换机和机舱调试机的连接；另外2芯做备用。光电转换器为ST接口主控光纤通讯模块为SC接口光纤为单模光纤2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.187、Profibus通讯模块-EL6731EL6731-0000Profibus通讯主模块，布置在主控系统内

EL6731-0010Profibus通讯从站，布置在变桨系统3#轴柜内RUN绿灯灭EtherCAT初始化状态INIT2Hz闪烁EtherCAT准备操作状态PREOP1Hz闪烁EtherCAT安全模式状态SAFEOP亮EtherCAT正常操作模式OPBF红灯灭主站、从站工作正常1Hz闪烁主站正常，至少一个从站正常亮主站通讯故障CPU-Error红灯亮EL6731CPU错误2Hz闪烁EL6731初始化注意：EL6731产品系列号为0806的存在通讯BUG，模块运行不稳定，应更换为0907及以后的产品2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.197、Profibus通讯模块-BK3150从站

IO-RUNBFDIA含义亮灭灭一切正常亮亮灭/闪烁1、总线正常，但从站已装载，需重启主站2、总线通讯错误，需检查配置文件

a.下连K-Bus模块输出为0b.下连K-Bus模块输出无变化灭灭灭与主站无数据交换，需重启PLC灭亮亮总线未激活，需重启主站/检查Profibus电缆灭亮灭/闪烁总线正常，但K-Bus不工作。需重启主站/检查配置文件地址设定注意1、更换BK3150后，注意Profibus地址设定必须一致！！2、重新制作Profibus线时，必须注意Profibus电缆必须两端接地，否则不能有效屏蔽电磁干扰！！2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.208、供电模块KL9210及终端模块KL9010

24VDC接地线必须连接KL9210供电模块KL9010终端模块2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.219、三相电力测量模块-KL3403

KL3403通过高速采样（16us）交流三相电压和电流，在检测电流、电压的同时还可通过模块内置的高速均方根计算（64000次/秒），直接输出频率、有功功率、无功功率、功率因素。KL3403可接受500VAC的电压值，根据型号的不同，所接受的电流范围不同。其中KL3403-0000接受范围为1A，KL3403-0010接受范围为5A.安装在变流器柜的KL3403信号来自于变流器柜，用于检测发电机出口功率。安装在塔底柜内KL3403信号来自于箱变，具体位于箱变400VAC出口断路器的上方，用于检测发电机出口功率扣除发电机自用电后的净功率。1、电压、电流均采用三相四线制，亦即N线为公共端2、更换后的KL3403需要用KS2000进行设置3、电流通常采用CT（电流互感器）转接，由于CT的特性，在更换KL3403模块或更换CT时，包括变流器柜、主控柜、箱变在内的设备必需断电，否则将导致CT的烧毁！！！注意！ERRLx灯点亮，表示该相与N线之间的电压差低于设定的门槛值（100V）2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.22

9、三相电力测量模块-KL3403（KS2000设置）

123设置过程1、连接BK3150（变流器柜）或EK1521（塔底主控柜）2、选中KL34033、选中需配置的通道（Channel1）4、对所有通道进行设置2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.239、三相电力测量模块-KL3403（KS2000设置续）

应选中应选中2500:14应选中不选中不选中不选中不选中应选中0.01100200502023/2/5SEWINDCo.,Ltd.249、三相电力测量模块-KL3403常见故障

现象可能原因故障排除出现负功率CT接线方向错误箱变断电查线电压与电流相位不一致箱变断电查线频率显示不正确电压缺N相补接N线对应信号断路器跳闸存在某相电压接到N线端子箱变断电查线电流测量值明显不正确CT测量范围与KL3403型号不对应对比技术要求，更换CT或KL3403模块注意查线时必须将箱变电源断掉，否则可能导致CT烧毁2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.2510、编码器测量模块-KL50012MW风电机组中采用了IVO公司的绝对值编码器测量机舱位置和风轮转速。其中，机舱位置编码器位于扭缆开关上方，风轮转速测量编码器位于电气滑环末端。风轮转速编码器输出的脉冲信号输入到速度测量模块，产生4~20mA的转速信号和18.5rpm（2184rpm）超速保护信号。编码器与模块的连接编码器模块注意机组调试后、更换偏航编码器、更换编码器模块后应将机舱位置对准北方后将偏航编码器位置置零2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.2611、4/8通道数字量输入模块-KL1104/EL1108

通道状态指示通道连接端子24DC电源总线可在此测试24VDC电源1、输入点状态亮表示接点闭合2、现场问题处理时可检查24VDC电源3、通道1、2、3、4对应的端子是1、5、4、82023/2/5SEWINDCo.,Ltd.2712、4/8通道数字量输出模块-KL2134/EL2008

输出点状态通道接线端子24VDC电源总线可在此测试24VDC电源1、输入点状态亮表示接点闭合2、现场问题处理时可检查24VDC电源3、通道1、2、3、4对应的端子是1、5、4、82023/2/5SEWINDCo.,Ltd.2813、4通道0~10V输入模块-KL3404

通道状态指示通道连接端子24VDC电源总线1、LEDRUN灯亮表示该端子有接线且信号正常。2、如果LEDRUN灯灭，有以下几种情况：

a.该通道未使用

b.现场接线电缆断线

c.模块故障3、通道1、2、3、4对应的端子是1/2、5/6、3/4、7/8典型应用：1、风轮转速2、机舱振动2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.2914、4通道4~20mA输入模块-KL3454通道运行状态指示通道连接端子24VDC电源总线典型应用1、风速2、风向3、液压站系统压力通道故障状态指示RUN绿灯亮工作正常灭1、通道未使用2、现场设备电缆故障、现场设备故障3、模块故障ERROR红灯亮通道功耗过大（电缆可能接触不好）灭工作正常2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.3015、4通道4~20mA输出模块-KL4424

通道状态指示灯通道连接端子24VDC电源总线1、LEDRUN灯亮表示该端子有接线且信号正常。2、如果LEDRUN灯灭，有以下几种情况：

a.该通道未使用

b.现场接线电缆断线

c.模块故障3、通道1、2、3、4对应的端子是1/2、5/6、3/4、7/82023/2/5SEWINDCo.,Ltd.3116、PT100热电阻输入模块-KL3202/KL3204

2通道3线制PT1004通道2线制PT100通道状态指示灯通道状态指示灯2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.3217、安全模块BECKHOFF安全模块包括三种类型：KL6904 安全控制器KL1904 4通道数字量安全输入模块KL2904 4通道数字量安全输出模块BECKHOFF安全模块是符合IEC-61508SIL3，其故障可能性小于千分之一，但高于万分之一。BECKHOFF安全模块采用TwinSAFE通讯协议，在通讯介质上借用K-BUS和EtherCAT总线。BECKHOFF安全模块可以分散布置在不同区域，一个BECKHOFF系统可最多连接1024个安全模块。采用安全模块执行风电机组安全链控制，与安全继电器相比具有以下优势：1、无内部接线，减少接线工作量，增减灵活；2、安全链逻辑采用编程方式，修改灵活；3、丰富的功能模块，便于实现各种不同的安全逻辑；4、集成在BECKHOFFPLC控制器中，过程量点可直接连接到PLC逻辑中进行监视；5、支持Profibus、实时以太网，对主控制系统的错误也可进行检测；注意1、各个安全模块之间是通过地址进行区别及通讯连接的，更换安全模块时必须确保安全模块的地址设定与之前的一样。2、更换KL6904后需重新烧写安全链逻辑，更换KL1904、KL2904后不需要烧写控制逻辑3、控制逻辑的烧写需要专业人员进行！！！2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.3317、安全模块—安全信号及逻辑

塔底安全链监测信号：--手动紧停--电压监测--PLC紧停--变流器系统要求紧停--外部信号紧停（预留）机舱安全链监测信号：--手动紧停--手动远程紧停--扭缆--振动--变桨系统要求紧停塔底安全链控制输出信号：--变流器紧停机舱安全链控制输出信号：--变桨系统紧停（顺桨）--禁止偏航--偏航刹车--高速轴刹车2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.3418、安全控制器KL69044路24VDC输出（<500mA），直接外接继电器输出通道组态后，正常情况下相应通道绿灯被点亮状态诊断灯1--第一列第三个灯（绿灯）绿灯长亮安全模块工作正常快速闪烁后慢闪1下安全模块通讯错误快速闪烁后慢闪2下安全功能块中存在错误快速闪烁后慢闪3下安全模块通讯错误，且安全功能块中存在错误1、安全模块工作电压范围24VDC（-15%~+20%)2、诊断灯1、2的状态对故障的判断最重要3、更换模块后，必须确保地址一致4、更换KL6904后，必须重新烧入安全控制逻辑（除非模块已经预烧写好。注意诊断灯1诊断灯3诊断灯2诊断灯2输出状态24VDC电源总线输出未使用2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.3518、安全控制器KL6904（续）状态诊断灯2—第二列第三个灯（红灯）灭正常快速闪烁后慢闪1下输出通道1开路快速闪烁后慢闪2下输出通道2开路快速闪烁后慢闪3下输出通道3开路快速闪烁后慢闪4下输出通道4开路快速闪烁后慢闪5下24VDC电压低于-15%（20.4VDC）快速闪烁后慢闪6下24VDC电压高于+20%（28.8VDC）快速闪烁后慢闪7下端子温度太低快速闪烁后慢闪8下端子温度太高快速闪烁后慢闪9下温度测量不正确快速闪烁后慢闪10下输出回路设计不正确，采用了外部供电方式或线路交叉状态诊断灯3、4为模块内部状态诊断信息，正常时应该为灭。如果该2诊断灯点亮，则表示模块自身存在故障，需返回BECKHOFF公司诊断。注意2023/2/5SEWINDCo.,Ltd.3619、4通道数字量输入安全模块KL1904通道指示灯状态诊断指示灯输入端子连接24VDC电源总线KL1904可接受4路安全数字输入量输入量的查询电压由模块自身提供正常情况下，安全信号为长“1”信号，相应通道指示灯被点亮状态诊断灯1—第一列第三个灯（绿色）周期型闪烁（1Hz）工作正常快闪后慢闪1次F-参数（FailSafe）有错误，硬件有故障快闪后慢闪2次I-参数有错误，硬件有故障快闪后慢闪3次等待F-及I-参数快闪后慢闪4次F-及I-参数正确，等待KL