一种风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输出装置的制作方法

本实用新型属于风力发电技术领域，尤其是涉及一种风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输出装置。

背景技术：

目前，电控系统PLC从站数字量输出模块的系统主要包括以下几个模块：

EL2008--8通道数字量输出端子模块，24V DC，0.5A，EL2008数字量输出端子模块以电隔离的形式将自动化单元的二进制控制信号传输到执行层的执行器上。EtherCAT端子模块可通过一个LED来显示其信号状态。

CX1020--基本CPU模块：CX1020基本CPU模块通过一个功能更为强大的600MHzCPU对现有CX系列产品进行了扩展。虽然具有更高的性能，该控制器却无需风扇或者其它旋转部件。除了CPU和芯片组之外，CX1020模块还包含各种尺寸的主内存，标配为256MB的DDR RAM，它可以扩展为512MB或者1GB。控制器从CF卡启动。TCX1020的标准配置包括一个64MB的CF卡以及两个以太网RJ 45接口。这两个接口与一个内部交换机相连，用户可以在不使用额外以太网交换机的情况下简便地创建线型拓扑结构。所有其它的CX系列组件都可通过设备两端的PC/104接口连接。无源冷却模块包含在供货范围内。操作系统可以是Windows CE或嵌入式Windows XP。TwinCAT自动化软件将CX1020系统转化为一个功能强大的PLC和运动控制系统，可以在带或者不带可视化功能的情况下进行操作。与CX1010不同，CX1020还可以通过TwinCAT NC I完成带插补的轴运动。用户也可以在基本CPU模块中添加更多系统接口或者现场总线接口。CPU模块需要一个CX1100型电源模块。CX1020可以和所有CX1500系列现场总线模块以及CX系列的所有CX1100电源模块配套使用。CX1100-0004电源模块在CX1020和EtherCAT端子模块之间提供了一个直接接口。CX1020、EtherCAT和TwinCAT的组合能够使系统的周期和响应时间小于1微秒。

CX1100-0004--带I/O接口的电源，用于CX1010/CX1020，CX1010/CX1020系统可以选择四种电源模块中的一种。所有其他系统组件的电源通过内置PC104总线供电，无需单独的电源线。然而，CX1100组件除了提供电源以外，还可提供一些其他重要特性：集成的NOVRAM可实现故障情况下过程数据的安全存储。有两行字符(每行16个字符)的LCD显示器用于显示系统和用户信息。本地输入/输出信号通过CX1100-0002电源模块连接，所有的Beckhoff总线端子(KLxxxx)均可连接，或通过CX1100-0003连接型号为IExxxx的Beckhoff现场总线盒。这种对总线端子或总线端子盒的可选择性，创造了一种带有极为灵活的可扩展输入/输出层面、可处理各种信号的控制系统。输入/输出数据存储在DPRAM中，其存取方式由CPU通过系统总线实现。所有EtherCAT端子(ELxxxx)均可用CX1100-0004电源模块连接。通过CX1100-0004，I/O数据直接存储在CPU的主内存中，而不再需要DPRAM。CX系统的电源可在现场中进行更换。

EL6751--CANopen主站/从站端子模块：CANopen主站端子模块EL6751功能类似于Beckhoff FC5101CANopen PCI接口卡。由于通过EtherCAT进行连接，因此PC中无需再留有PCI插槽。在一个EtherCAT端子模块网络中，通过EL6751可以集成任何CANopen设备，并且可将该端子模块用作为主站或从站。另外，它也可以发送或接收一般性CAN消息，而无需利用应用程序中的CAN帧。该端子模块有强大的协议执行能力，具有如下诸多特性：

1.支持所有CANopen PDO通讯类型：事件驱动，时间驱动(通过一个事件定时器)，同步，轮询

2.与PC控制器的任务循环同步

3.石英精度的同步循环可用于驱动同步，无累积抖动

4.在启动和运行时进行参数通讯(SDO)

5.紧急消息处理、保护和“心跳”/li>

6.功能强大的参数和诊断接口

7.在线总线负载显示

8.总线监视器功能

也可选择将EL6751用作为从站端子模块。

EK1521--单端口EtherCAT光纤分支耦合器若与EtherCAT耦合器EK1100配套使用，单端口EtherCAT光纤分支耦合器EK1521可以将100BASE-TX物理层转换成100BASE-FX物理层(玻璃光纤)。如果最大距离达到2千米，可通过用于多模光纤的EK1521和EK1501系列EtherCAT耦合器进行桥接。用于单模光纤的EK1521-0010和EK1501-0010允许的最大距离为20千米。采用单端口EtherCAT光纤分支耦合器甚至还可以实现带光纤的电缆冗余系统。端子模块上的LED显示EK1521的工作状态。

所述控制类型一般24V继电器，用于各类低电压电气系统控制。

目前基于PLC的从站数字量输出方式主要依托于以上几个模块与PLC主机进行，简单数字量输出的模块必须要与一个比这些模块大数倍的PLC相连并且有许多的额外辅助供电以及各类控制继电器设备等，占空间，而且需算上PLC的话，成本会高很多，数千块钱乃至上万的价格。需要把以上所列出的模块全部购买并且拼接才能实现基于PLC的从站数字量输出的功能，大材小用。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提供一种成本低、使用方便的风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输出模块方案。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输出装置，其特征在于：包括输出模块、数字信号处理器、通信模块以及电源模块，所述的数字信号处理器分别与输出模块、通信模块连接，所述的电源模块用于该装置供电。

进一步，所述的输出模块为数字量输出和继电器控制输出模块，用于对外部设备输出电平8路24V/0.5A的DO信号和控制继电器8路250V/5A的DO信号。

进一步，所述的通信模块为CANOPEN模块或光纤ethercat通信模块，所述通信模块用于接受风力发电机组中电控系统PLC的控制信号。

进一步，所述的CANOPEN模块和光纤ethercat通信模块均被用于接受风力发电机组中电控系统PLC的控制信号；并进行光电转换或电平转换然后将数字量输出的控制信号发送到数字处理器。

进一步，所述的数字信号处理器与外部设备控制直接连接或者通过继电器与外部电气设备控制连接。

所述电源模块为输入24V直流电，输出5V直流电。

所述的输出模块、数字处理器、通信模块以及电源模块均安装在印刷电路板上。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输出装置具有以下优势：

本实用新型使得主控箱里面的数字量输出模块使用更加方便，结构简单，维修方便，加工成本低、生产效率高、体积小。

所述的风力发电机数字输出量模块还包括电管管理模块，连接至所述数字量输出和继电器控制输出模块、数字处理器和CANOPEN和光纤ethercat通信模块供电。

进一步，所述的风力发电机数字输入量模块还包括印刷电路板，所述数字量输出和继电器控制输出模块、所述数字处理器和所述CANOPEN和光纤ethercat通信模块均安装在所述印刷电路板上，可以有效地减小整个装置的体积，简化结构。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的风力发电机数字输出量模块的框图；

图2是根据本实用新型实施例的风力发电机数字输出量模块的电路示意图；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1所示，根据本实用新型的实施例的一种风力发电机组中电控系统PLC从站数字量输出装置，其特征在于，包括集成数字量输出和继电器控制输出模块、数字处理器和CANOPEN和光纤ethercat通信模块以及电源模块，其中：

所述数字量输出和继电器控制输出模块直接集成于数字量输出模块中并且可以很方便的进行更换和维护，用于对外部设备输出24V稳定的DO信号和控制集成继电器输出大电流电压的DO信号；

所述数字处理器连接至数字量输出和继电器控制输出模块和CANOPEN以及光纤ethercat通信模块以及电源模块，通过电源模块的供电，通过所述CANOPEN以及光纤ethercat通信模块接受来自所述风力发电机的主控系统PLC的控制和输出信号，数字处理器用于控制所述数字量输出和继电器控制输出模块输出数字量信号到外部设备以及控制相关继电器控制外部电气设备，由后端进行相应计算和处理。

所述CANOPEN和光纤ethercat通信模块，用于接收主控PLC发送的控制信号，并进行光电转换或电平转换然后对数字处理器发送相关数字量输出的控制信号。

所述电源模块，用于给整个模块供24V直流电，和内部自动变压为5V直流电用于核心模块芯片供电所需。

在该技术方案中，使得主控箱里面的数字量输出模块使用更加方便，结构简单，维修方便，加工成本低、生产效率高、体积小。

所述的风力发电机数字输出量模块还包括电管管理模块，连接至所述数字量输出和继电器控制输出模块、数字处理器和CANOPEN和光纤ethercat通信模块供电。

进一步，所述的风力发电机数字输入量模块还包括印刷电路板，所述防雷和光耦的隔离模块、所述数字处理器和所述CANOPEN和光纤ethercat通信模块均安装在所述印刷电路板上，可以有效地减小整个装置的体积，简化结构。

在具体实施例中，开关电源24V上电，电源模块将24V转换成5V给核心板、通信模块供电，电源模块将5V电压转换成3.3V给数字量输出处理模块(即核心板)供电。数字量输出信号来自主站PLC，通过CANOPEN和光纤ethercat通信模块，用于接收主控PLC发送的控制信号，并进行光电转换或电平转换然后对数字处理器发送相关数字量输出的控制信号做出反应，用于对外部设备输出24V稳定的DO信号和控制集成继电器输出大电流电压的DO信号。

以上为该模块的主要的工作原理，相对于现有技术的中的PLC模块体积大、需要模块数量多、造价昂贵、CPU资源浪费、大材小用，本实用新型中该模块体积小，造价低廉，方便使用。

本实例的工作过程，如图2所示：开启电源24V上电，所述的电源模块将24V输入，经过限压保护和滤波后，转换成5V给数字处理器和CANOPEN模块和光纤ethercat通信模块供电，其中电源模块还需将5V电压转换成3.3V供给给数字处理器供电。通过16个光电耦和器进行光电隔离后输出给输出模块，输出模块通过DO输出端子输出，分别用于8路控制继电器和8路数字量进行输出24V稳定的DO信号。

数字处理器中的STM32处理芯片通过CANOPEN模块和光纤ethercat通信模块接受数字量信号控制要求。数字量信号进入高速CAN收发器或者光纤通信PHY芯片处理后进行光电转换处理后，CANOPEN模块和光纤ethercat通信模块发送数字量输入信号给PLC主站。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。