專(zhuān)利名稱(chēng)：基于微控制器的風(fēng)機(jī)超速保護(hù)裝置及安全鏈動(dòng)作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及風(fēng)機(jī)超速保護(hù)裝置及安全鏈動(dòng)作方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)具有較為豐富的風(fēng)能資源，隨著《可再生能源法》及后續(xù)一系列政策的頒布，國(guó)家從多個(gè)方面對(duì)風(fēng)力發(fā)電給予支持和鼓勵(lì)，我國(guó)的風(fēng)電行業(yè)步入快速發(fā)展的階段。風(fēng)力發(fā)電中的安全鏈系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)中的重中之重，因此風(fēng)機(jī)的超速保護(hù)也顯得格外重要。目前國(guó)內(nèi)超速保護(hù)裝置多采用FPGA實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)PGA以其快速的響應(yīng)速度和測(cè)量精度得到廣大用戶(hù)的喜愛(ài)，當(dāng)轉(zhuǎn)速頻率在IOOHz時(shí)，精度可以達(dá)到0.1Hz0然而FPGA成本比較高，而且目前調(diào)試需到安裝位置進(jìn)行調(diào)試，非常不適合調(diào)試人員調(diào)試和進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。目前有些公司也開(kāi)發(fā)基于微控制器的超速保護(hù)裝置，然而技術(shù)尚不成熟，測(cè)量的精度有待提高。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，為了解決現(xiàn)有微控制器測(cè)量精度不高和采用FPGA保護(hù)裝置不易進(jìn)行數(shù)據(jù)分析等問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于微控制器的超速檢測(cè)方法和基于串口的數(shù)據(jù)分析方案:基于微控制器的風(fēng)機(jī)超速保護(hù)裝置，其特征在于包括:編碼開(kāi)關(guān)，用于設(shè)定電機(jī)的超速設(shè)定值；光耦，用于對(duì)金屬傳感器的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為脈沖TTL信號(hào)；微控制器，用于將光耦的脈沖TTL信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，并與編碼開(kāi)關(guān)設(shè)定的超速設(shè)定值進(jìn)行比較，輸出控制三極管導(dǎo)通/閉合的控制信號(hào)，同時(shí)輸出數(shù)字信號(hào)至串口電平轉(zhuǎn)換芯片；三極管，輸出數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)繼電器的開(kāi)閉；繼電器，輸出數(shù)字信號(hào)至外部安全鏈；串口電平轉(zhuǎn)換芯片，用于微控制器與PC機(jī)進(jìn)行串口通信。所述微控制器采用STC11F32XE單片機(jī)，微控制器機(jī)器周期是10s?；谖⒖刂破鞯娘L(fēng)機(jī)安全鏈動(dòng)作方法，其特征在于包括以下步驟:步驟I)微控制器進(jìn)行初始化；步驟2)讀取編碼開(kāi)關(guān)的超速設(shè)定值；步驟3)計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)速值；步驟4)判斷是否超速:如果實(shí)際轉(zhuǎn)速值大于超速設(shè)定值，安全鏈斷開(kāi)；如果實(shí)際轉(zhuǎn)速值不大于超速設(shè)定值，返回步驟2)。所述計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)速值具體為根據(jù)光耦發(fā)出的兩個(gè)相鄰脈沖信號(hào)的時(shí)間差得到頻率，根據(jù)頻率計(jì)算出電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速值。本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn):
當(dāng)檢測(cè)IOOHz頻率時(shí)，檢測(cè)的精度超過(guò)了目前FPGA的0.1Hz，達(dá)到0.01Hz，而且便于嵌入式擴(kuò)展，可以將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)導(dǎo)出便于數(shù)據(jù)分析。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明的原理框圖；圖3是本發(fā)明的程序流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的硬件技術(shù)方案是:微控制器的中斷引腳與光耦連接，光耦與外部金屬傳感器連接，微控制器IO輸入引腳與編碼開(kāi)關(guān)連接，微控制器的IO輸出管腳與三極管連接，三級(jí)管與繼電器連接，繼電器串入外部安全鏈，微控制器的串行口與max232芯片連接，微控制器的晶振保證微控制器的機(jī)器周期能被10_6整除。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的軟件技術(shù)方案是:當(dāng)微控制器的中斷引腳檢測(cè)到轉(zhuǎn)速信號(hào)的下降沿，立即開(kāi)始設(shè)定定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初值(此初值為進(jìn)入中斷到設(shè)定初值時(shí)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器增加的值)，計(jì)數(shù)溢出后采用自定義變量保存溢出次數(shù)。這樣就可以在轉(zhuǎn)速信號(hào)的兩個(gè)下降沿之間記錄下定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)，從而計(jì)算出轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率。當(dāng)轉(zhuǎn)速信號(hào)頻率超過(guò)超速設(shè)定值時(shí)，通過(guò)繼電器輸出控制安全鏈斷開(kāi)。編碼開(kāi)關(guān)與微控制器直接相連，單個(gè)編碼開(kāi)關(guān)可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)，在4個(gè)引腳上組合出16種狀態(tài)(這里只用了 10種)，微控制器通過(guò)采集4個(gè)引腳的狀態(tài)，可以判斷出編碼開(kāi)關(guān)當(dāng)前對(duì)應(yīng)的0-15的數(shù)字。這里應(yīng)用3個(gè)編碼開(kāi)關(guān)分別對(duì)應(yīng)設(shè)定速度的X10、X1、X0.1位。例如設(shè)定69.2Hz，可以設(shè)定三個(gè)編碼開(kāi)關(guān)為6、9、2。外部金屬傳感器安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)部分的特定金屬旁邊，如果特定金屬只有一個(gè)，則當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，金屬傳感器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖。這個(gè)脈沖是24V電平，不能直接與微控制器相連接，所以金屬傳感器與光耦直接連接，光耦與微控制器直接連接。微控制器通過(guò)編碼開(kāi)關(guān)計(jì)算出設(shè)定超速值，通過(guò)金屬傳感器的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)計(jì)算出當(dāng)前轉(zhuǎn)速，如果當(dāng)前轉(zhuǎn)速超過(guò)設(shè)定超速值，則會(huì)控制繼電器使安全鏈斷開(kāi)。微控制器的輸出電流有限，繼電器控制端需要很大電流，因此加入三極管與微控制器直接相連、三接管與繼電器控制端直接相連，達(dá)到增加驅(qū)動(dòng)電流的目的。繼電器的輸出端串入安全鏈，當(dāng)超速時(shí)可以將安全鏈斷開(kāi)。微控制器可以與PC機(jī)進(jìn)行通訊，但微控制器電平為T(mén)TL電平，PC機(jī)串口電平為RS232電平，因此在微控制器和PC機(jī)之間加入串口電平轉(zhuǎn)換芯片。微控制器與此芯片直接相連，此芯片再與PC機(jī)直接相連。本發(fā)明為了提高微控制器測(cè)量精度方法的原理是:假設(shè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，金屬傳感器輸出一個(gè)脈沖。設(shè)轉(zhuǎn)速信號(hào)兩個(gè)下降沿之間的時(shí)間為T(mén)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)誤差為St，計(jì)算的頻率誤差為δ .，則頻率誤差的絕對(duì)值為:
，假設(shè)微控制器機(jī)器周期是10_6s，則頻率誤差絕對(duì)值的極限T+ ot T T +T xot
權(quán)利要求
1.基于微控制器的風(fēng)機(jī)超速保護(hù)裝置，其特征在于包括: 編碼開(kāi)關(guān)，用于設(shè)定電機(jī)的超速設(shè)定值； 光耦，用于對(duì)金屬傳感器的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為脈沖TTL信號(hào)； 微控制器，用于將光耦的脈沖TTL信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，并與編碼開(kāi)關(guān)設(shè)定的超速設(shè)定值進(jìn)行比較，輸出控制三極管導(dǎo)通/閉合的控制信號(hào)，同時(shí)輸出數(shù)字信號(hào)至串口電平轉(zhuǎn)換芯片； 三極管，輸出數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)繼電器的開(kāi)閉； 繼電器，輸出數(shù)字信號(hào)至外部安全鏈； 串口電平轉(zhuǎn)換芯片，用于微控制器與PC機(jī)進(jìn)行串口通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微控制器的風(fēng)機(jī)超速保護(hù)裝置，其特征在于: 所述微控制器采用STC11F32XE單片機(jī)，微控制器機(jī)器周期是10_6s。
3.基于微控制器的風(fēng)機(jī)安全鏈動(dòng)作方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟I)微控制器進(jìn)行初始化； 步驟2)讀取編碼開(kāi)關(guān)的超速設(shè)定值； 步驟3)計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)速值； 步驟4)判斷是否超速: 如果實(shí)際轉(zhuǎn)速值大于超速設(shè)定值，安全鏈斷開(kāi)； 如果實(shí)際轉(zhuǎn)速值不大于超速設(shè)定值，返回步驟2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于微控制器的風(fēng)機(jī)安全鏈動(dòng)作方法,其特征在于: 所述計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)速值具體為根據(jù)光耦發(fā)出的兩個(gè)相鄰脈沖信號(hào)的時(shí)間差得到頻率，根據(jù)頻率計(jì)算出電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速值。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于微控制器的風(fēng)機(jī)超速保護(hù)裝置及安全鏈動(dòng)作方法，其裝置包括微控制器，光耦，編碼開(kāi)關(guān)，串口電平轉(zhuǎn)換芯片，三極管和繼電器。其方法包括以下步驟微控制器進(jìn)行初始化；讀取超速設(shè)定值；計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)速值；判斷是否超速。本發(fā)明的檢測(cè)精度超過(guò)了目前FPGA的0.1Hz，達(dá)到0.01Hz，而且便于嵌入式擴(kuò)展，可以將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)導(dǎo)出便于數(shù)據(jù)分析。
文檔編號(hào)F03D7/00GK103184971SQ20111045179
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者杜勁松, 徐洪慶, 叢日剛, 張清石, 劉意楊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所