WBECKHOFF控制器用户手册.docx
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WBECKHOFF控制器用户手册
W2000
控制器用户手册
编号：
TA-03A.xx.xx.xx-A
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1概述1
2系统操作1
2.1柜门面板操作1
2.1.1塔底控制柜1
2.1.1.1指示灯2
2.1.1.2按钮3
2.1.1.3开关3
2.1.2机舱控制柜3
2.1.2.1指示灯4
2.1.2.2按钮5
2.1.2.3开关6
2.2显示屏操作6
2.2.1登录及权限6
2.2.2.实时数据监控7
2.2.2.1天气8
2.2.2.2桨叶&风轮8
2.2.2.3机舱振动8
2.2.2.4环境温度9
2.2.2.5齿轮箱9
2.2.2.6发电机9
2.2.2.7电网9
2.2.2.8风机控制10
2.2.2.9偏航10
2.2.3.服务模式10
2.2.3.1手动变桨（权限:
90）11
2.2.3.2手动维护（权限:
90）11
2.2.4状态码记录11
2.2.4.1状态码历史列表12
2.2.4.2状态码激活次数列表12
2.2.5.输入输出列表（IO）12
2.2.6.安全链13
2.2.7.EtherCAT及Profibus通讯14
2.2.8.历史数据统计15
3硬件描述16
4软件描述17
4.1运行状态17
4.1.1概述17
4.1.2初始化模式18
4.1.3停机模式19
4.1.4服务模式19
4.1.5待机模式19
4.1.6自检测模式19
4.1.6.1自检程序120
4.1.6.2自检程序220
4.1.6.3自检程序321
4.1.7空转模式21
4.1.8启动模式21
4.1.9切入模式21
4.1.10发电模式22
4.1.11共振模式22
4.1.12变桨润滑模式22
4.2制动系统22
4.2.1正常停机23
4.2.2快速停机24
4.2.3紧急停机25
4.3变桨系统26
4.4偏航系统27
4.4.1自动偏航28
4.4.1.1自动偏航启动28
4.4.1.2自动偏航的方向28
4.4.2手动偏航29
4.4.3偏航解缆30
4.4.3.1偏航解缆启动30
4.4.3.2偏航解缆结束30
4.5安全系统30
4.6电网监测32
4.6.1电网电压监测32
4.6.2电网电流监测32
4.6.3电网频率监测32
4.6.4电网有功功率监测32
4.6.5电网无功功率监测33
4.7温度控制33
4.7.1齿轮箱温度控制33
4.7.2发电机温度控制34
4.7.3变压器温度控制35
4.7.4控制柜温度控制35
4.7.5机舱温度控制35
4.7.6塔底温度控制36
4.8润滑控制36
4.8.1主轴承润控制36
4.8.2发电机润滑控制36
4.8.3齿轮箱润滑控制36
4.8.4偏航润滑控制36
4.8.5变桨润滑控制37
4.9手动控制37
4.9.1手动启动37
4.9.1.1功能描述37
4.9.1.2操作方法37
4.9.2手动停机38
4.9.2.1功能描述38
4.9.2.2操作方法38
4.9.3手动复位38
4.9.3.1功能描述38
4.9.3.2操作方法39
4.9.4服务模式下的手动控制39
4.9.4.1功能描述39
4.9.4.2操作方法40
4.10液压系统41
4.10.1液压风轮制动41
4.10.2液压偏航制动41
4.10.3液压泵马达控制41
4.11状态代码41
4.11.1机舱振动故障（010000）42
4.11.2变流器故障（030000）42
4.11.3风轮制动故障（040000）42
4.11.4液压故障（050000）43
4.11.5偏航故障（060000）43
4.11.6发电机故障（070000）44
4.11.7齿轮箱故障（080000）44
4.11.8变压器故障（090000）45
4.11.9电网故障（100000）45
4.11.10柜内冷却故障（110000）46
4.11.11柜内加热故障（120000）46
4.11.12UPS故障（130000）47
4.11.13电源故障（160000）47
4.11.14风速风向故障（170000）47
4.11.15熔断器故障（180000）48
4.11.16避雷保护故障（190000）48
4.11.17初始化故障（200000）48
4.11.18停机故障（220000）49
4.11.19系统故障（250000）49
4.11.20结冰故障（260000）49
4.11.21机舱冷却故障（270000）49
4.11.22风轮位置故障（280000）50
4.11.23主轴承故障（290000）50
4.11.24桨距故障（300000）50
4.11.25塔底冷却故障（350000）53
4.11.26航灯故障（650000）53
4.11.27风轮转速故障（700000）53
4.11.28主流程故障（760000）54
4.11.29安全系统故障（800000）54
4.12数据记录54
4.12.1操作数据表55
4.12.2功率曲线表56
4.12.3风玫瑰图表56
4.12.4状态代码列表57
4.12.5状态代码统计表57
附录IO列表58
1塔底IO列表58
1.1塔底DI信号列表58
1.1.1普通DI信号列表58
1.1.2安全DI信号列表59
1.2塔底DO信号列表59
1.3塔底AI信号列表59
2机舱IO列表60
2.1机舱DI信号列表60
2.1.1普通DI信号列表60
2.1.2安全DI信号列表62
2.2机舱DO信号列表62
2.2.1普通DO信号列表62
2.2.2安全DO信号列表63
2.3机舱AI信号列表63
1概述
SEC-W2000型风机是三叶片、变桨控制、上风向风机，额定功率为2MW。
变桨系统作为风机的低速轴刹车系统，每个叶片具有独立的电变桨控制，各自备有蓄电池以保证失电安全。
此外，机械刹车是风机的二级刹车系统，安装在驱动链的高速轴侧。
当低速轴刹车系统失效时，机械刹车能够保证风机运行在允许的范围内。
变桨系统和机械刹车由风机的控制系统和安全系统共同控制，安全系统优先于控制系统。
本手册详细介绍了2MW变速恒频风力发电机组用控制器的使用方法，共分为四个部分：
概述，系统操作，硬件描述和软件描述。
附录中对控制器的IO端口列表进行了说明。
声明：
在没有SEWIND明确书面同意的情况下，手册的所有部分严禁使用电子和机械方法（比如影印，使用储存或信息备份系统记录）复制或传递给他人。
手册的内容与系统软件版本相关，SEWIND保留因软件版本升级而不另行通知的权利。
2系统操作
2.1柜门面板操作
2.1.1塔底控制柜
塔底控制柜柜门面板由触摸屏、指示灯、按钮和开关组成，如下图所示：
图2.1-1塔底控制柜柜门平面图
指示灯、按钮与开关的意义与操作方法如下：
2.1.1.1指示灯
表2.1-1塔底控制柜指示灯说明
编号
指示灯名称
指示灯图
指示灯含义
1
故障指示灯
系统报错，
运行停止
2
准备指示灯
系统处于待机模式，
准备运行
3
操作指示灯
系统处于
正常运行状态
4
维护指示灯
系统处于服务模式
5
安全系统开指示灯
安全系统紧停触发
6
紧停激活指示灯
紧停开关触发
7
转子锁定指示灯
风轮锁定
8
测试脉冲指示灯
PLC处于运行状态
9
并网指示灯
系统处于
并网运行状态
2.1.1.2按钮
表2.1-2塔底控制柜按钮说明
编号
按钮名称
按钮图
按钮含义
1
启动按钮
按下
系统启动
2
停止按钮
按下
系统停止
3
复位按钮
按下
系统复位
2.1.1.3开关
表2.1-3塔底控制柜开关说明
编号
开关名称
开关图
开关含义
1
维护开关
钥匙开关
使系统进入服务模式
2
舱内灯开关
塔底内部空间照明
3
舱外灯开关
塔底外部楼梯照明
4
紧停开关
拍下
紧停触发
2.1.2机舱控制柜
机舱控制柜柜门面板由嵌入式面板型PC、指示灯、按钮和开关组成，如下图所示：
图2.1-2机舱控制柜柜门平面图
指示灯、按钮与开关的意义与操作方法如下：
2.1.2.1指示灯
表2.1-4机舱控制柜指示灯说明
编号
指示灯名称
指示灯图
指示灯含义
1
故障指示灯
系统报错，
运行停止
2
操作指示灯
系统处于
正常运行状态
3
维护指示灯
系统处于服务模式
4
安全系统开指示灯
安全系统紧停触发
5
紧停指示灯
紧停开关触发
6
转子锁定指示灯
风轮锁定
7
测试脉冲指示灯
PLC处于运行状态
2.1.2.2按钮
表2.1-5机舱控制柜按钮说明
编号
按钮名称
按钮图
按钮含义
1
停止按钮
按下
系统停止
2
复位按钮
按下
系统复位
3
启动按钮
按下
系统启动
4
左偏航按钮
按下
风机左偏航
5
右偏航按钮
按下
风机右偏航
6
向前变桨按钮
按下
桨叶向前变桨
7
向后变桨按钮
按下
桨叶向后变桨
2.1.2.3开关
表2.1-6机舱控制柜开关说明
编号
开关名称
开关图
开关含义
1
旁路开关
钥匙开关
变桨91°旁路开关锁定
2
维护开关
钥匙开关
系统进入服务模式
3
紧停开关
拍下
紧停触发
2.2显示屏操作
2.2.1登录及权限
显示屏的工具栏如图2.2-1所示。
图2.2-1显示屏工具栏
在进入主画面后，点击登录按钮，弹出用户登录界面，如图2.2-2所示。
图2.2-2用户登录界面
点击红色方框，可以切换用户：
LEVEL1的权限为50：
可操作手动启停风机，查看状态码和历史数据等。
LEVEL3的权限为90：
可操作手动变桨，手动启停泵，风扇和加热器等。
输入密码后，点击确定按钮，权限从0变为90。
2.2.2.实时数据监控
实时数据监控界面如图2.2-3所示。
图2.2-3实时数据监控界面
实时数据包括以下数据：
2.2.2.1天气
1.瞬时风速，m/s；暴风警报；
2.25s平均风向，deg（°）；
2.2.2.2桨叶&风轮
1.3个叶片的平均桨距，deg（°）；
2.风轮转速，rpm；
2.2.2.3机舱振动
1.X轴方向机舱振动，g；
2.Y轴方向机舱振动，g；
2.2.2.4环境温度
1.机舱环境温度，℃；
2.塔底环境温度，℃；
3.机舱外温度，℃；
4.机舱控制柜温度，℃；
5.塔底控制柜温度；℃
2.2.2.5齿轮箱
1.齿轮箱低速轴风轮侧轴承温度，℃；
2.齿轮箱高速轴发电机侧轴承温度，℃；
3.齿轮箱油温，℃；
4.齿轮箱冷却水温，℃；
2.2.2.6发电机
1.发电机定子温度U，℃；
2.发电机定子温度V，℃；
3.发电机定子温度W，℃；
4.发电机前轴承温度，℃；
5.发电机后轴承温度，℃；
6.发电机进风口温度，℃；
7.发电机出风口温度，℃；
2.2.2.7电网
1.有功功率，kW；
2.A相电压，V；
3.B相电压，V；
4.C相电压，V；
5.电网频率，Hz；
2.2.2.8风机控制
1.风机运行模式显示，包括初始化模式、停机模式、待机模式、自检测模式、空转模式、启动模式、切入模式、发电模式、共振模式、变桨润滑。
2.风机自启动倒计时，s；
3.启动按钮，停机按钮，复位按钮；
2.2.2.9偏航
1.液压系统主压力，bar；
2.偏航位置，deg（°）；解缆报警；
3.左偏航按钮，右偏航按钮，停止偏航按钮，自动偏航按钮；
2.2.3.服务模式
通过操作维护开关进入服务模式，服务模式操作界面如图2.2-4所示。
图2.2-4服务模式操作界面
2.2.3.1手动变桨（权限:
90）
风轮解锁后，打开风轮制动，改变桨距角设定值（默认89°），设定风轮转速，将手动变桨使能置位，然后按START按钮开始。
结束手动变桨时，按STOP按钮停止，桨距角会回到89°。
手动变桨操作界面如图2.2-5所示。
图2.2-5手动变桨操作界面
2.2.3.2手动维护（权限:
90）
点击准备操作设备相应的状态按钮，会弹出一个对话框，有关闭（OFF），打开（ON）和自动（AUTO）三种选择，选定其中一种状态后，点击确定按钮。
ON/OFF显示设备的实际状态（开/关）。
2.2.4状态码记录
状态码记录界面包括状态码历史列表和状态码统计列表，如图2.2-6所示。
图2.2-6状态码记录界面
2.2.4.1状态码历史列表
显示状态码编号，激活时间和复位时间。
最多显示100条历史记录。
点击任意一条状态码都会在“状态码说明”栏中显示中文注释。
2.2.4.2状态码激活次数列表
显示所有状态码的24小时激活次数和累计激活次数
2.2.5.输入输出列表（IO）
点击IO列表按钮，进入如图2.2-7所示的界面，显示DI和DO的状态。
图2.2-7IO列表界面
2.2.6.安全链
点击安全链按钮，进入如图2.2-8所示的界面，显示安全链的状态。
当安全链正常时，安全链显示颜色为绿色；当安全链断开时，安全链显示颜色为红色。
图2.2-8安全链界面
2.2.7.EtherCAT及Profibus通讯
点击通讯状态按钮，进入如图2.2-9所示的界面，显示机舱和塔底的Ethercat和Profibus的通讯状态。
图2.2-9通讯状态界面
2.2.8.历史数据统计
历史数据统计显示操作数据的历史记录，点击总报表，年报表和月报表按钮，显示不同时间跨度的历史数据，如图2.2-10所示。
共记录16列数据，包括：
1.日期Date
2.电量Energy（kWh）
3.可利用率Availability
4.工作时间WorkTime（min）
5.故障时间FaultTime（min）
6.停机时间StopTime（min）
7.发电时间PD.Time（min）
8.偏航时间YawTime（min）
9.顺时针偏航时间CWYawTime（min）
10.逆时针偏航时间CCWYawTime（min）
11.维护时间ServiceTime（min）
12.停机次数StopNr
13.并网次数CutinNr
14.偏航次数YawNr
15.主断路器闭合次数CircuitOnNr
16.维护次数ServiceNr
3硬件描述
2MW风机控制系统由塔底控制柜和机舱控制柜两部分组成。
塔底控制柜作为控制系统的主站，控制器采用德国倍福（Beckhoff）公司的嵌入式PC，信号采集通过总线端子模块实现。
塔底控制柜的通讯接口有两个，一个Profibus通讯接口，实现与变流柜之间的通讯；另一个多模光纤通讯接口，实现与机舱控制柜之间的通讯。
机舱控制柜内还有一个站点，用于收发塔底部分的数字量及模拟量输入输出信号、完成温度测试、电能监控等功能。
塔底控制柜配有触摸屏一台，预装WinCE系统，用于系统管理和监控。
机舱控制柜有两个通讯接口，一个是与塔底控制柜实现光纤通讯的模块；另一个是Profibus通讯接口，实现与变桨系统之间的通讯。
机舱控制柜按照数字量与模拟量的划分方式，将总线端子模块分为了两个站点，实现了对机舱内相关物理量的监测与处理。
机舱控制柜配有嵌入式面板型PC一台，预装WinXP系统，作为HMI，对系统进行管理和监控。
2MW控制系统的硬件配置结构如图3-1所示：
图3-1控制系统硬件配置结构图
塔底控制柜主要控制塔底柜冷却风扇、塔底通风风扇、变流器风扇及塔底主电源等执行机构；机舱控制柜主要控制液压站、齿轮箱、发电机、风轮、偏航及风扇、照明等执行机构。
硬件系统由倍福（Beckhoff）系列总线端子构成，主要采用的总线端子有数字量输入端子、数字量输出端子、模拟量输入端子、特殊功能端子、供电端子、安全模块端子。
这些总线端子与总线耦合器一起组成站点，各个站点之间通过通讯线缆相连接，与变流柜从站、变桨从站以及CPU模块构成整个风机的控制系统。
4软件描述
4.1运行状态
4.1.1概述
2MW风机控制器的主流程中包括十一种运行模式：
初始化模式、停机模式、服务模式、待机模式、自检测模式、空转模式、启动模式、切入模式、发电模式、共振模式、变桨润滑模式。
流程图如图4.1-1所示。
图4.1-1运行流程图
4.1.2初始化模式
当风力发电机组控制器在重新启动、参数修改、程序更改等情况发生之后，需要进入初始化模式。
1.执行初始化程序读取参数文件，如果文件读取错误，将置出状态代码“初始化文件错误”；
2.将读取到的参数赋给相对应的运行变量；
3.初始化完成，进入停机模式。
4.1.3停机模式
由状态代码产生停机程序，机组将进入停机模式，在停机模式下：
1.对于能够自动复位的状态代码，通过自动复位可进行复位；
2.可以通过手动复位的方式对状态代码进行复位，不同的状态代码对应了不同的复位权限；
3.可以通过SCADA系统对风机进行手动复位；
4.操作“服务开关”，风机可实现服务模式和停机模式之间的切换；
5.执行复位后，如果停机程序<1，则风机进入待机模式。
4.1.4服务模式
服务模式用于对风机进行维护和试运行，当机舱控制柜门或塔底控制柜门上的维护钥匙开关打开时，系统进入服务模式。
服务模式下的操作请见4.9.4节。
当维护钥匙开关锁定时，系统退出服务模式进入停机模式。
4.1.5待机模式
1.执行自动偏航；
2.如果60s平均风速大于3m/s，启动倒计时程序。
倒计时时间由自启动倒计时和高速轴刹车倒计时剩余时间之间较大的数值作为倒计时时间。
启动倒计时后，当风速大于3m/s时倒计时计数器减1，当风速小于3m/s时，倒计时计数器加1；
3.当机组执行了紧急停机程序，则高速轴刹车倒计时激活，设置倒计时时间为120s。
当风轮转速小于1rpm时，倒计时开始。
倒计时满120s后，高速轴刹车倒计时关闭，高速轴刹车倒计时剩余时间置0；
4.按下柜门面板或HMI上的“启动按钮”，则可跳过自启动倒计时。
但是如果高速轴刹车倒数计时剩余时间大于0，则必须要等到高速轴刹车倒计时完成后才能进入自检测模式。
4.1.6自检测模式
在自检测程序模式下，控制器将对变桨系统进行测试，主要包括变桨速度、变桨位置以及高速轴刹车检测。
用户可以选择在自检测程序开始之前，通过HMI上的按钮选择跳过测试，如果进入了自检测程序，检测过程将不能中途退出。
在所有的部件完成测试之后，风机转入空转模式。
自检测流程图如图4.1-2所示。
图4.1-2自检测流程图
4.1.6.1自检程序1
1.液压风轮制动阀关闭；
2.如果在20s内，平均桨距位置大于72°，状态代码“自检1故障”激活；
3.如果在20s内，平均桨距位置在70±2°范围内，则进入自检程序2。
4.1.6.2自检程序2
1.如果液压系统主压力小于135bar或大于170bar，或风轮转速大于1rpm，状态代码“自检2故障”激活；
2.进入自检程序3。
4.1.6.3自检程序3
1.液压风轮制动阀打开；
2.检查每个转速信号的输入值，要求：
1）风轮转速1大于0.1rpm
2）风轮转速2大于0.1rpm
如果不满足上述条件，则“自检3故障”激活；
3.自检测完成。
4.1.7空转模式
1.设定最大变桨速度为10˚/s，设定桨距角最小值为35˚，设定转速最大值为2rpm；
2.在120s内，如果风轮转速大于1.7rpm持续8s，则进入启动模式；
3.如果控制器在空转模式下超过24小时，或者10min平均风速小于3m/s，则退出空转模式，回到待机模式。
4.1.8启动模式
1.设定风轮转速设定值=风轮转速+1；
2.如果风轮转速大于风轮转速设定值，则重复过程2，直至提升风轮转速至并网转速；
3.控制风轮转速，使得风轮转速介于切入转速±0.5rpm范围内，维持5s之后，控制器向变流器发出并网信号，进入“切入发电机模式”；
4.如果风轮转速小于切入转速持续120s，则退出启动模式转入空转模式；
5.如果风轮转速介于共振频率转速上下限之间持续20s，则退出启动模式转入空转模式。
4.1.9切入模式
1.设定最大变桨速度为10˚/s；
2.控制风轮转速在切入转速±0.5rpm范围内；
3.控制器向变流器发出励磁指令，变流器收到励磁指令后对发电机进行励磁，并且检查主断路器或接触器两端的电压和频率，确认符合并网条件后进行并网，将并网信号反馈给控制器；
4.控制器收到变流器发出的并网确认信号后，确认该信号并且进入发电模式；
4.1.10发电模式
1.设定最大变桨速度为10˚/s，桨距角位置和风轮转速设定值通过计算求得；
2.根据转矩表向变流器输出转矩要求和功率因数；
3.当风机出于发电模式下，如果以下条件任意一个满足则风力发电机组脱网并转入空转模式：
1）10min平均风速小于3m/s，持续120s
2）有功功率为负值，持续120s
3）风轮转速小于8.3rpm
4.如果风轮转速介于共振频率转速上下限之间持续20s，则进入共振模式。
4.1.11共振模式
1.对于SEW93-70的风机，由于塔架共振
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