用于风力发电的实训教学评估系统及方法与流程

本发明一种用于风力发电的实训教学评估系统及方法，属于风力发电技术领域。

背景技术：

伴随着风电行业近几年的高速发展，人才需求紧迫，如何快速培养出满足行业需求的技能人才成了各企业一直追求的目标。如何实现分层次培训并形成有效的人才梯队，同时在培训方法上创新思路使技能人才最快速、经济、高效的提升技能水平，并对员工技能的水平客观有效的进行评定，形成对技能人才的良性管理，使人员对自身能力有充分清晰的认知，更好的提高员工技能学习的积极性，一直是风电行业领导者研究的重点。

而技能水平的提高不是闭门造车也不是一朝一夕就可以实现的，需要理论与实践相结合需要大量的练习和长时间的经验积累。

技术实现要素：

本发明针对实际风机故障类型随机，运检人员成长速度较慢的情况，提供了一种用于风力发电的实训教学评估系统及方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：用于风力发电的实训教学评估系统，包括风机系统回路控制模块，所述风机系统回路控制模块包括回路模拟量模块、回路开关量模块、回路脉冲量模块和回路plc模块，所述回路模拟量模块、回路开关量模块和回路脉冲量模块均与回路plc模块电连接，所述回路plc模块通过回路模拟量模块、回路开关量模块和回路脉冲量模块控制对应的执行部件进行动作；

还包括风机系统模拟控制模块，所述风机系统模拟控制模块包括模拟量模块、开关量模块、脉冲量模块、服务器和通道切换器，所述模拟量模块、开关量模块、脉冲量模块和通道切换器均与服务器电连接，所述通道切换器的一端与服务器电连接，所述通道切换器的另一端与风机系统回路控制模块电连接，所述通道切换器用于对应输入信号在模拟系统和风机系统之间的切换，所述模拟量模块、开关量模块和脉冲量模块对应与回路模拟量模块、回路开关量模块和回路脉冲量模块之间电连接，通过所述模拟量模块、开关量模块和脉冲量模块将服务器设置的模拟故障信号对应的传递给回路模拟量模块、回路开关量模块和回路脉冲量模块，所述回路plc模块与服务器之间电连接，所述回路plc模块用于将对应的故障情况反馈给服务器，所述服务器上电连接有模拟控制终端、监控器和显示屏，所述模拟控制终端用于设置及复位模拟故障，所述监控器用于监视执行部件的工作情况，所述显示屏用于实施显示故障信息及显示监控器的监视画面。

本发明一种用于风力发电的实训教学评估方法，按下述步骤实施：

第一步，检查各模块及元件之间的电路连接情况，调试并检查各种模拟故障状况，确保风机模拟系统能准确工作；

第二步：通过模拟控制终端选择考评班级及人员；

第三步：在模拟控制终端上设定具体的故障模拟状态，且模拟控制终端通过服务器控制通道切换器将风机系统切换到模拟系统，同时，服务器将模拟故障信号从模拟量模块和/或开关量模块和/或脉冲量模块对应传递到回路模拟量模块和/或回路开关量模块和/或回路脉冲量模块上，通过回路plc控制对应的执行部件产生故障；

第四步：员工就位后，服务器计时开始，员工在规定的时间内并按照标准步骤排除执行部件的故障，则服务器判定为合格，并在模拟系统内复位相应的故障，若超时完成或没有完成故障排除，则服务器判定为不合格，同时也在模拟系统内复位相应的故障；

第五步：重复第三步的操作，实现连续考核或教学，并能同时设置多个故障点；

第六步：考核人员通过现场考评或远程视频监控考评的方式给学员的处理步骤及安全操作规范评分。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

1、本发明通过故障模拟系统模拟实际故障节点的故障设置方式及有针对性的大量故障模拟训练，员工可以在短时间内练习并掌握风机常见故障的现象及处理方法。大大缩短了员工经验积累的时间，是员工的技能水平更加高效的成长。

2、本发明通过故障模拟系统进行故障设置的培训、考评方法。不但减少了以往风机培训中频繁更换坏件或进行接线拆装造成备件、端子排的损坏。更能有效、公正的反应员工的实际技能水平。大大提高了培训的经济性和培训效率。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明实施例的结构示意图。

图中：1为风机系统回路控制模块、11为回路模拟量模块、12为回路开关量模块、13为回路脉冲量模块、14为回路plc、2为风机系统模拟控制模块、21为模拟量模块、22为开关量模块、23为脉冲量模块、24为服务器、25为通道切换器、26为模拟控制终端、27为监控器、28为显示屏。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种用于风力发电的实训教学评估系统，包括风机系统回路控制模块1，所述风机系统回路控制模块1包括回路模拟量模块11、回路开关量模块12、回路脉冲量模块13和回路plc14模块，所述回路模拟量模块11、回路开关量模块12和回路脉冲量模块13均与回路plc14模块电连接，所述回路plc14模块通过回路模拟量模块11、回路开关量模块12和回路脉冲量模块13控制对应的执行部件进行动作；

还包括风机系统模拟控制模块2，所述风机系统模拟控制模块2包括模拟量模块21、开关量模块22、脉冲量模块23、服务器24和通道切换器25，所述模拟量模块21、开关量模块22、脉冲量模块23和通道切换器25均与服务器24电连接，所述通道切换器25的一端与服务器24电连接，所述通道切换器25的另一端与风机系统回路控制模块1电连接，所述通道切换器25用于对应输入信号在模拟系统和风机系统之间的切换，所述模拟量模块21、开关量模块22和脉冲量模块23对应与回路模拟量模块11、回路开关量模块12和回路脉冲量模块13之间电连接，通过所述模拟量模块21、开关量模块22和脉冲量模块23将服务器24设置的模拟故障信号对应的传递给回路模拟量模块11、回路开关量模块12和回路脉冲量模块13，所述回路plc14模块与服务器24之间电连接，所述回路plc14模块用于将对应的故障情况反馈给服务器24，所述服务器24上电连接有模拟控制终端26、监控器27和显示屏28，所述模拟控制终端26用于设置及复位模拟故障，所述监控器27用于监视执行部件的工作情况，所述显示屏28用于实施显示故障信息及显示监控器27的监视画面。

本发明一种用于风力发电的实训教学评估方法，按下述步骤实施：

第一步，检查各模块及元件之间的电路连接情况，调试并检查各种模拟故障状况，确保风机模拟系统能准确工作；

第二步：通过模拟控制终端26选择考评班级及人员；

第三步：在模拟控制终端26上设定具体的故障模拟状态，且模拟控制终端26通过服务器24控制通道切换器25将风机系统切换到模拟系统，同时，服务器24将模拟故障信号从模拟量模块21和/或开关量模块22和/或脉冲量模块23对应传递到回路模拟量模块11和/或回路开关量模块12和/或回路脉冲量模块13上，通过回路plc14控制对应的执行部件产生故障；

第四步：员工就位后，服务器24计时开始，员工在规定的时间内并按照标准步骤排除执行部件的故障，则服务器24判定为合格，并在模拟系统内复位相应的故障，若超时完成或没有完成故障排除，则服务器24判定为不合格，同时也在模拟系统内复位相应的故障；

第五步：重复第三步的操作，实现连续考核或教学，并能同时设置多个故障点；

第六步：考核人员通过现场考评或远程视频监控考评的方式给学员的处理步骤及安全操作规范评分。

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的阐述。

如图2所示，本发明一种用于风力发电的实训教学评估系统，包括风力发电风机控制回路控制模块，所述风力发电风机控制回路控制模块包括24v信号、开关量实际测量点、数字量输入卡件和主控plc，所述24v信号与所述开关量实际测量点电连接，用于向所述开关量实际测量点传送信号，所述开关量实际测量点与数字量输入卡件电连接，所述数字量输入卡件与主控plc电连接，通过数字量输入卡件将24v信号经开关量实际测量点传输给主控plc，若数字量输入卡件没收到24v信号的信号，则主控plc报出相应故障，包括开关量模块、模拟量模块和温度模拟模块、继电器、实训plc模块、数据服务器和通道切换器，所述开关量模块与风力发电风机控制回路控制模块之间电连接，且在所述开关量模块与风力发电风机控制回路控制模块之间的电路上设置有继电器，所述继电器与模拟控制端之间通过开关量模块电连接，所述模拟控制端通过开关量模块控制继电器实现模拟系统和风机系统的电气隔离，所述模拟控制端通过数据服务器与实训plc模块电连接，所述实训plc模块与开关量模块电连接，所述实训plc模块与开关量模块之间并联设置有模拟量模块和温度模拟模块，所述实训plc模块与开关量模块均与模拟量模块和温度模拟模块之间电连接，所述开关量模块通过通道切换器与继电器电连接，通过模拟控制端下达模拟指令，所述开关量模块向风力发电风机控制回路控制模块发送对应的模拟信号。

所述继电器串联设置在开关量实际测量点和数字量输入卡件之间。

所述数据服务器上电连接有视频监视模块，所述视频监视模块用于模拟控制端对员工操作设备和工具使用过程全程监控。

本发明涉及一种用于风力发电的实训教学评估方法，按下述步骤实施：

第一步，检查各模块及元件之间的电路连接情况，调试并检查各种模拟故障状况，确保模拟系统能准确工作；

第二步：通过模拟控制端选择考评班级及人员；

第三步：在模拟控制端上设定具体的故障模拟状态，且开关量模块通过模拟控制端控制继电器从风机系统切换到模拟系统，同时，实训plc模块收到模拟控制端发出的信号后会根据故障模拟状态调取对应的信号发送给模拟量模块和温度模拟量模块，所述模拟量模块和温度模拟量模块输出对应的模拟信号给开关量模块并通过通道切换器输送给风力发电风机控制回路控制模块，并给数字量输入卡件输入设定的模拟信号值，风力发电风机随即产生对应的故障；

第四步：员工就位后，计时开始，员工在规定的时间内并按照标准步骤排除故障，则模拟控制端判定为合格，并在模拟系统内复位相应的故障，若超时完成或没有完成故障排除，则模拟控制端判定为不合格，且在模拟系统内复位相应的故障；

第五步：重复第三步的操作，实现连续考核或教学，并能同时设置多个故障点；

第六步：考核人员通过现场考评或远程视频监控考评的方式给学员的处理步骤及安全操作规范评分。

本发明实训教学评估系统包括一整套开关量模块、模拟量模块、温度模拟模块、继电器、实训plc模块、数据服务器、视频监视模块及评估软件等。开关量模块通过继电器传入风机控制回路中，实现模拟系统和风机系统的电气隔离。模拟量模块采用lm334等恒流源芯片产生4～20ma信号，通过精密电阻加开关实现电压和电流模拟量的切换。温度模拟模块内部通过精密电阻网络配置精密银触点继电器实现不同阻值的切换，来模拟风机上各个测温监测点pt100的阻值。其中所有模块都采用485总modbus协议与上位机软件模块通信来控制，可以实现自动远程故障设置及故障复位。现用的包括80组开关量信号，7组模拟量信号，11组温度信号。后期通道路数可以根据实际风机需模拟的信号数量调整，能实现所有风机故障类型的模拟。

下面具体阐述各模块的工作机理。

1、开关量模块信号控制

现有风机控制逻辑：

开关量实际测量点在风机上主要为：压差开关、油位计开关、磨损传感器、空开反馈触点等。一般设备正常时该模块导通，将24v信号传回对应的数字量输入卡件。当对应传感器或开关变位时，断开24v信号，对应数字量输入卡件接收不到24v信号后主控plc报出相应故障。

本发明的控制逻辑：在实际测量点与数字量输入卡件中串联接入一组继电器，通过软件控制开关量模块来控制继电器吸、合。通过切断24v反馈信号实现模拟实际测量点发生的实际故障，同时可以模拟控制回路断线、虚接、对地短路等故障。

2、模拟量模块信号控制

现有风机控制逻辑：模拟量实际测量点在风机上主要为：pt100、压力传感器、风速仪、风向标、震动传感器等。测量风机运行时的风速、风向、机舱振动、压力、温度等。实际测量点将测量的各种模拟量信息转化为4-20ma的电信号传递给模拟量输入卡件。plc根据提前设定的函数计算出实际的模拟量数值，通过和风机定值比较判断是否为故障。

本发明的控制逻辑：在实际测量点和模拟量输入卡件之间，串联接入一个通道切换器。通道切换器可以断开风机原来实际测量点传回的模拟量信号，并将评估系统自身的模拟量模拟模块产生的信号传回模拟量输入卡件。模拟量模拟模块可以根据管理员教学或考评需求输出特定数值，使风力发电机组报出特定故障。

对于一些模拟量信号的模块，在接入主控plc前，通过串联在上面的通道切换器，配合模拟量模块，可以切断原来的信号输出模块。将模拟的模拟量送入主控plc中，可以模拟一系列模拟量的信号如：风速、风向、机舱振动、系统压力等。通过模拟产生的信号可以模拟信号断线、短路、值过大或者值过小等产生的故障。

3、温度模拟模块

风机测量温度主要依靠pt100电阻来实现，通过一个电阻配合继电器的网络来组合产生不同的阻值，模拟pt100的电阻值，从而产生温度。可以模拟温度信号断线、短路、温度过高、温度过低等故障。

4、视频监视模块

在风机机舱、塔底柜、培训室等地方实现了视频监控同一局域网络覆盖。对于员工操作设备和工具使用过程全程监控。通过监控可以发现工具选取不当，操作不当，接线检查顺序不当等操作问题。监督员工行为，为监督员工行为和考评打分提供依据。视频监控通过现场的无线或有线通信网络接入系统，在web界面进行展示。

5、数据服务器

本发明实训教学评估系统已提前将断开相应节点报出的风机故障录入数据服务器。人员操作时只需要选择相应的风机故障名称，系统即可控制对应的开关量或模拟量模块模拟相应实际故障。

人员操作时只需要连接上内部局域网，即可通过手机或电脑网页打开客户端进行故障设置，不需要提前下载app及连接外网。

本发明评估系统及故障设置软件：

后台通信程序采用和web界面一体的javaweb程序，实现和硬件的通信，数据库的存储读取和界面的显示。后台数据库将系统基础信息、考生信息、考试成绩、故障与硬件对应关系、故障对应处理办法、故障处理流程和工器具使用等情况进行存储。用户在界面操作设置故障通过后台的javamodbus程序将指令发送给设备，从而产生实际的硬故障。前台web界面采用html5进行开发，开发时同时考虑电脑浏览器、手机浏览器和pad浏览器的情况进行适配，保证老师在教室或者现场都可以现实操作和查看。

其中，界面功能模块主要如下：

1、故障设置

设置硬件模块与相应风机故障的对应关系，一般在系统安装的时候设置好。可以实现风机机舱柜、风机塔底柜、齿轮箱系统、发电机系统、液压站系统、变桨系统所有故障的模拟，变频器系统部分故障的模拟。

2、故障模拟与复位

可以选择风机不同类型的故障，选择完成后，点击故障模拟，将影响的开关量和模拟量(模拟量可以手动输入值)置为故障状态，从而使风机产生故障。具备同时设置多个故障点，不同故障单独复位或所有故障点同时复位的功能。

3、考试操作流程及故障处理完成计时及成绩记录。

可以通过提前录入学员信息，选择考试开始，列出学员当前考试对应故障的检查流程，老师可以对照学生操作步骤和标准流程及规定处理用时进行对比评判，最后综合检查步骤和故障处理所用时间给出学生成绩、并记录。学生找到故障原因后，记录成绩并复位系统。

本发明通过故障模拟系统模拟实际故障节点的故障设置方式及有针对性的大量故障模拟训练，员工可以在短时间内练习并掌握风机常见故障的现象及处理方法。大大缩短了员工经验积累的时间，是员工的技能水平更加高效的成长。

本发明通过故障模拟系统进行故障设置的培训、考评方法。不但减少了以往风机培训中频繁更换坏件或进行接线拆装造成备件、端子排的损坏。更能有效、公正的反应员工的实际技能水平，大大提高了培训的经济性和培训效率。

本发明可针对变桨系统、偏航系统、齿轮箱冷却循环系统、发电机控制及变频系统和主控系统设置不同的故障，通过开关量模块，实现故障的激发与复位。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,并且本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买,异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中,常规的型号,加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式,在此不再详述。

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。