專利名稱：基于can總線冗余的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)，尤其涉及一種基于CAN總線 冗余的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，通過變槳控制系統(tǒng)調(diào)整輪轂上的葉片槳距角來改變其 葉片氣動(dòng)特性，依據(jù)風(fēng)速的變化隨時(shí)調(diào)節(jié)槳距角來控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組吸收的風(fēng)能，一方 面保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率和轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，另一方面能夠減少風(fēng)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的沖 擊載荷。位于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙的主控制器計(jì)算出葉片的期望槳距角，然后將該期望槳 距角通過通信系統(tǒng)發(fā)送到輪轂中的變槳控制器，該變槳控制器控制伺服電機(jī)來達(dá)到槳葉 變槳距的目的。輪轂屬于一種旋轉(zhuǎn)部件，因此主控制器與變槳控制器之間的控制信號和 電動(dòng)機(jī)動(dòng)力電源是依靠電接觸滑動(dòng)的滑環(huán)連接的。變槳控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所
7J\ o由于采用了很多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，CAN總線具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和 靈活性。CAN總線最初應(yīng)用在汽車領(lǐng)域，目前已經(jīng)應(yīng)用到工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，在風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組上也采用了 CAN總線作為通信方式。然而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作環(huán)境十分惡劣，各種外界干擾非常強(qiáng)烈，尤其是安裝 在主軸盤上的滑環(huán)出現(xiàn)故障的情況很多，這對于CAN總線通信系統(tǒng)將會(huì)是一種極大的威 脅，比如一旦發(fā)生滑環(huán)控制信號通道斷路而發(fā)生故障，將會(huì)造成一段時(shí)間內(nèi)CAN總線網(wǎng) 路的通信故障，甚至?xí)ネㄓ嵞芰Χ鴮?dǎo)致整個(gè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的癱瘓，以至于造成極大的損失。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種基于CAN總線冗余的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳控 制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)CAN總線滑環(huán)通道故障后的及時(shí)切換，提高了變槳系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn) 定性。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種基于CAN總線冗余的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 變槳控制系統(tǒng)，其包括一主控制器和至少一從控制器。所述主控制器通過兩路CAN總線通道分別與所述至少一從控制器通信，所述兩 路CAN總線通道相互冗余。實(shí)施時(shí)，所述CAN總線通道包括依序連接的一 CAN總線控制器、一 CAN總線 驅(qū)動(dòng)器、兩CAN總線電纜、一 CAN總線驅(qū)動(dòng)器和一 CAN總線控制器。實(shí)施時(shí)，所述CAN總線通道還包括滑環(huán)，所述滑環(huán)設(shè)置于所述CAN總線電纜上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所述的基于CAN總線冗余的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)，采用了 CAN總線的冗余設(shè)計(jì)，保證整個(gè)系統(tǒng)的通信功能正常運(yùn)行，提高了系統(tǒng) 的穩(wěn)定性和可靠性。

圖1是現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型所述的基于CAN總線冗余的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)的一具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供了一種可靠穩(wěn)定的基于CAN總線冗余的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳控制 系統(tǒng)。本實(shí)用新型所述的基于CAN總線冗余的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)主要由一臺 主站(機(jī)艙中的主控制器)和至少一臺從站(輪轂中的變槳控制器)組成。本實(shí)用新型為能夠?qū)崿F(xiàn)集中控制的一主多從系統(tǒng)，主站負(fù)責(zé)采集、處理數(shù)據(jù)并 主動(dòng)下發(fā)送指令，至少一從站只是被動(dòng)地執(zhí)行命令而從站相互之間沒有直接聯(lián)系。所述主站根據(jù)風(fēng)速、發(fā)電機(jī)功率和轉(zhuǎn)速等信息計(jì)算出葉片的期望槳距角，然后 將槳距角通過通信系統(tǒng)發(fā)送到輪轂中的至少一從站，最后分別控制伺服電機(jī)來達(dá)到槳葉 變槳距的目的，并且從站將當(dāng)前伺服系統(tǒng)的運(yùn)行狀況反饋到主站。所述主站和所述至少一從站之間利用CAN總線并通過滑環(huán)進(jìn)行信息交換。本實(shí)用新型中的主站和至少一從站都具備2個(gè)CAN總線控制器和2個(gè)CAN總 線驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)了 CAN總線控制器和CAN總線驅(qū)動(dòng)器的冗余，每個(gè)處理器通過不同的 端口和中斷同時(shí)控制2個(gè)CAN控制器和2個(gè)CAN總線驅(qū)動(dòng)器。同時(shí)，此系統(tǒng)使用2路 CAN總線滑環(huán)通道和2路CAN總線(雙絞線)，實(shí)現(xiàn)了 CAN總線通道的冗余?；贑AN總線冗余的變槳控制系統(tǒng)的一具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所7J\ o上述CAN總線的冗余設(shè)計(jì)可以保證系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)同一時(shí)刻只有一路通道能夠使 用。當(dāng)一路CAN總線滑環(huán)通道出現(xiàn)故障后，主站負(fù)責(zé)通信網(wǎng)絡(luò)故障匯總并進(jìn)行通道切 換，使得另一路CAN總線滑環(huán)通道繼續(xù)正常工作，從而能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠 性，同時(shí)向用戶發(fā)出通知信號，通過及時(shí)維修或更換滑環(huán)來消除風(fēng)機(jī)的隱患。此系統(tǒng)的工作包括以下環(huán)節(jié)1、初始化只有在上電復(fù)位模式下才可以進(jìn)行初始化，包括工作方式等的設(shè) 置，同時(shí)設(shè)置主站和3個(gè)從站的節(jié)點(diǎn)地址，為在線檢測提供依據(jù)。兩路總線采用熱備份 方式進(jìn)行，即一個(gè)CAN控制器作為系統(tǒng)上電后默認(rèn)的CAN(稱為主CAN)，另一個(gè)作為 系統(tǒng)的備用CAN(稱為從CAN)。2、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送在本系統(tǒng)中采用中斷接收和查詢發(fā)送。處理器通過兩個(gè) CAN總線控制器同時(shí)向兩條總線發(fā)送相同的報(bào)文(不管其中一條總線是否發(fā)生故障)。 兩個(gè)CAN總線控制器的中斷同時(shí)打開，節(jié)點(diǎn)狀態(tài)改變將中斷子程序，用于對節(jié)點(diǎn)狀態(tài)改 變的處理。接收時(shí)在兩個(gè)CAN總線控制器都收到一個(gè)報(bào)文的情況下分別向處理器申請中 斷，但是只會(huì)有一個(gè)中斷申請成功，則進(jìn)入中斷服務(wù)程序處理數(shù)據(jù)，而另一個(gè)CAN總線控制器的中斷將會(huì)被清除。因?yàn)橐粋€(gè)CAN總線控制器相對應(yīng)的滑環(huán)通道發(fā)生故障，則相 應(yīng)的CAN總線控制器不會(huì)產(chǎn)生中斷，所以收到的數(shù)據(jù)一直是另一個(gè)工作正常的滑環(huán)通道 對應(yīng)的總線上的數(shù)據(jù)。3、總線管理和總線滑環(huán)通道切換在本系統(tǒng)中主站具有總線管理功能，可以進(jìn) 行在線節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，識別離線節(jié)點(diǎn)并采取處理措施?？偩€管理功能程序供主節(jié)點(diǎn)每隔一段 時(shí)間調(diào)用，來判斷所有的節(jié)點(diǎn)是否都在線，如果所有節(jié)點(diǎn)都在線則認(rèn)為總線正常，否則 識別離線節(jié)點(diǎn)并作相應(yīng)處理。變槳控制系統(tǒng)正常工作時(shí)主CAN總線投入運(yùn)行，當(dāng)主CAN 總線滑環(huán)通道發(fā)生故障時(shí)從CAN總線滑環(huán)通道投入運(yùn)行，并發(fā)送通知信號讓用戶及時(shí)維 護(hù)滑環(huán)。這樣在一路總線滑環(huán)通道發(fā)生故障時(shí)，另一路總線滑環(huán)通道將自動(dòng)繼續(xù)工作， 實(shí)現(xiàn)了 CAN總線的冗余設(shè)計(jì)并保證整個(gè)系統(tǒng)的通信功能正常運(yùn)行，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性 和可靠性。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)必須對葉片槳距角進(jìn)行控制，并要實(shí)時(shí)監(jiān) 測變槳伺服系統(tǒng)的運(yùn)行狀況和各項(xiàng)性能指標(biāo)。本實(shí)用新型所提供的基于CAN總線冗余的 變槳控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)CAN總線滑環(huán)通道故障后的及時(shí)切換，提高了變槳系統(tǒng)的可靠性 和穩(wěn)定性。雖然CAN總線具有相當(dāng)高的可靠性，但是由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙和輪轂連接的 滑環(huán)在惡劣的環(huán)境下容易出現(xiàn)故障，這將為通信系統(tǒng)帶來隱患，因此本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了 基于CAN總線冗余的變槳控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型所述的系統(tǒng)使用兩路CAN總線和兩路滑環(huán)通道，每一路包含獨(dú)立 總線驅(qū)動(dòng)器和總線控制器，可以實(shí)現(xiàn)物理介質(zhì)、物理層、數(shù)據(jù)鏈路層及應(yīng)用層的全面冗 余。由于系統(tǒng)采用雙CAN冗余熱備份方式運(yùn)行，所以兩個(gè)CAN控制器必須都處于熱備 份狀態(tài)。系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)CAN控制器經(jīng)初始化后都隨時(shí)準(zhǔn)備接收信息，在同一時(shí) 間點(diǎn)上系統(tǒng)中有且僅有一路CAN通道在工作，另一路處于監(jiān)聽狀態(tài)(正常工作時(shí))，或 故障狀態(tài)(發(fā)生故障時(shí))。在一路總線發(fā)生故障時(shí)，通過節(jié)點(diǎn)狀態(tài)中斷的改變實(shí)現(xiàn)故障的 自動(dòng)檢測及CAN總線自動(dòng)切換，使另一路總線自動(dòng)繼續(xù)工作，雖然增加了成本和能耗， 但是保證了整個(gè)系統(tǒng)可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。上述變槳控制系統(tǒng)的CAN總線傳輸包括以下部分。期望給定葉片期望位置。溫度測量伺服控制器溫度、電機(jī)溫度、功率模塊溫度和輪轂溫度。位置測量葉片實(shí)際位置。電壓測量直流母排電壓、變槳電機(jī)制動(dòng)器供電電壓、備用電池電壓。開關(guān)量輸入順槳位置接近開關(guān)狀態(tài)、手操盒狀態(tài)、安全鏈狀態(tài)和變槳驅(qū)動(dòng)器 故障狀態(tài)。開關(guān)量輸出加熱器狀態(tài)、風(fēng)扇狀態(tài)、變槳電機(jī)制動(dòng)器狀態(tài)、備用電池充放電 狀態(tài)和變槳齒圈潤滑狀態(tài)。初始化環(huán)節(jié)的任務(wù)是只有在復(fù)位模式下才可以進(jìn)行初始化，主要包括工作方式 的設(shè)置、接收濾波方式的設(shè)置、接收屏蔽寄存器和接收代碼寄存器的設(shè)置、波特率參數(shù) 設(shè)置和中斷允許寄存器的設(shè)置等，同時(shí)設(shè)置主站和3個(gè)從站的節(jié)點(diǎn)地址為1、2、3、4。接收環(huán)節(jié)采用中斷接收的方式。在中斷使能的條件下，如果報(bào)文通過驗(yàn)收濾波器并成功存儲在相關(guān)的接收緩沖器中，那么會(huì)產(chǎn)生一個(gè)接收中斷。此時(shí)處理器立刻作 用，將收到的報(bào)文發(fā)送到自己的報(bào)文存儲器中，并通過置位命令寄存器的相應(yīng)標(biāo)志發(fā)送 一個(gè)釋放接收緩沖器的命令。處理器會(huì)檢查狀態(tài)寄存器中的接收緩沖器狀態(tài)是否有更多 的報(bào)文，而所有有效的報(bào)文都會(huì)通過新的接收中斷循環(huán)讀出。處理接收報(bào)文的過程中同 時(shí)要對諸如總線脫離錯(cuò)誤報(bào)警、接收溢出等情況進(jìn)行處理。發(fā)送環(huán)節(jié)采用查詢發(fā)送的方式。處理器必須首先將要發(fā)送的報(bào)文傳送到發(fā)送緩 沖器，然后將命令寄存器里的“發(fā)送請求”標(biāo)志置位。此時(shí)處理器將周期查詢狀態(tài)寄存 器，直到發(fā)送緩沖器被釋放。一個(gè)已經(jīng)請求的報(bào)文，可通過置位命令寄存器的相應(yīng)位執(zhí) 行“中止發(fā)送命令”來中止發(fā)送，它用來發(fā)送一個(gè)已經(jīng)寫入發(fā)送緩沖區(qū)并且比現(xiàn)在更加 緊急的報(bào)文。總線管理和總線滑環(huán)通道切換環(huán)節(jié)的任務(wù)是進(jìn)行故障匯總和CAN總線冗余的切 換。由于采用兩套完全獨(dú)立的傳輸介質(zhì)、總線驅(qū)動(dòng)器和總線控制器，因此它們能分別獨(dú) 立檢測到自己通道的故障?？偩€管理功能程序供主節(jié)點(diǎn)每隔一段時(shí)間調(diào)用，來判斷所有 的節(jié)點(diǎn)是否都在線，如果所有節(jié)點(diǎn)都在線則認(rèn)為總線正常，否則識別離線節(jié)點(diǎn)并作相應(yīng)處理。以上說明對本實(shí)用新型而言只是說明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員理解，在不脫離所附權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可做出許多修改、變化 或等效，但都將落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于CAN總線冗余的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)，其包括一主控制器和至少 一從控制器，其特征在于，所述主控制器通過兩路CAN總線通道分別與所述至少一從控制器通信，所述兩路 CAN總線通道相互冗余。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN總線冗余的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)，其特征 在于，所述CAN總線通道包括依序連接的一 CAN總線控制器、一 CAN總線驅(qū)動(dòng)器、兩 CAN總線電纜、一 CAN總線驅(qū)動(dòng)器和一 CAN總線控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于CAN總線冗余的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)，其特征 在于，所述CAN總線通道還包括滑環(huán)，所述滑環(huán)設(shè)置于所述CAN總線電纜上。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種基于CAN總線冗余的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)，其包括一主控制器和至少一從控制器，所述主控制器通過兩路CAN總線通道分別與所述至少一從控制器通信，所述兩路CAN總線通道相互冗余。本實(shí)用新型所述的基于CAN總線冗余的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)，采用了CAN總線的冗余設(shè)計(jì)，保證整個(gè)系統(tǒng)的通信功能正常運(yùn)行，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號G05B19/418GK201804257SQ20102028833
公開日2011年4月20日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月11日
發(fā)明者李磊, 蔡旋, 陳曦 申請人:華銳風(fēng)電科技(江蘇)有限公司