一种无轴转动的中大型风机控制系统

技术领域

本发明涉及风机控制技术领域，具体为一种无轴转动的中大型风机控制系统。

背景技术

无轴转动的中大型风机通常指的是无桨风机或直驱风机。这些风机通常是大型风能发电系统的一部分，用于转化风能为电能，控制这种风机的系统非常复杂，需要考虑风力的变化、电网连接、机械部件的运行等多个因素。

传统风机控制系统通常是分散的，由各种独立模块组成，包括控制器、传感器、电机控制器和通信模块，这种分散结构导致了系统复杂性、维护困难和效率下降的问题，同时，传统风机控制系统通常缺乏先进的维护和诊断功能，维护人员常常需要手动检查风机状态，而故障诊断通常需要更长的维修时间，这会影响风机的可靠性和可用性，并且与外部网络连接的风机控制系统面临潜在的网络安全威胁，传统系统可能缺乏足够的物理和网络安全措施，容易受到未经授权的访问、操纵或破坏。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种无轴转动的中大型风机控制系统，解决了现有系统中因为系统是分散的导致系统复杂性、维护困难和效率下降的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种无轴转动的中大型风机控制系统，包括中大型风机控制系统，所述中大型风机系统连接有核心控制模块、传感器和数据采集模块、驱动与电源管理模块、通信与联网模块、人机界面和数据存储模块、维护和诊断工具模块和安全与保护模块；

所述核心控制模块，用于实时风机控制和状态监测；

所述传感器和数据采集模块，负责监测环境条件和风机状态，将数据传递给核心控制模块；

所述驱动与电源管理模块，用于电机控制和电源供应；

所述通信与联网模块，用于与其他系统、气象站、电网等通信，以进行数据传输和远程监控；

所述人机界面和数据存储模块，为操作人员提供监视和控制界面，同时存储历史数据以供分析；

所述维护和诊断工具模块，用于监测风机健康状态和执行维护任务；

所述安全与保护模块，用于确保风机和控制系统的安全性和完整性。

优选的，所述核心控制模块包括风机控制器单元、控制算法单元、状态监测单元和报警单元；

所述风机控制器单元，这是控制风机的核心单元，执行控制策略以调整风机的运行参数，如叶片角度、转速等；

所述控制算法单元，包括PID控制、模型预测控制等，用于实时计算和调整风机参数以维持性能和安全；

所述状态监测单元，用于监测风机各个组件的状态，包括电机、轴承、叶片等，以便及早检测故障；

所述报警单元，提供实时报警和通知，以便操作人员能够快速采取措施来应对突发情况。

优选的，所述传感器和数据采集模块包括风速传感单元、温度传感单元、湿度传感单元和风机状态传感单元

所述风速传感单元，测量周围风速，以便根据环境条件调整风机控制策略；

所述温度传感单元，监测温度，有助于预防过热和优化冷却；

所述湿度传感单元，测量湿度，可用于考虑湿度对风机性能的影响；

所述风机状态传感单元，监测风机的运行状态，如转速、电流、振动等。

优选的，所述驱动与电源管理模块包括电机控制单元、变频单元、电源管理单元和电机检测单元；

所述电机控制单元，管理电机的启停和速度调整；

所述变频单元，用于调整电机的速度，以适应不同的风速条件；

所述电源管理单元，提供稳定的电源，确保电机和控制系统的电能供应；

所述电机检测单元，监测电机性能，以检测电机问题并执行维护。

优选的，所述通信与联网模块包括数据传输协议单元、通信接口单元、远程监控连接单元和数据存储与分发单元；

所述数据传输协议单元，确保不同组件之间的数据传输有效且可靠；

所述通信接口单元，使风机系统能够与其他系统通信；

所述远程监控连接单元，允许操作人员或监控系统从远程位置访问风机数据；

所述数据存储与分发单元，负责存储历史数据，以便分析和报告。

优选的，所述人机界面和数据存储模块包括人机界面单元、数据存储单元、数据分析工具单元和可视化界面单元；

所述人机界面单元，提供操作人员可视化接口，用于监视风机状态和执行控制操作；

所述数据存储单元，用于保存历史数据，以便进行性能分析和故障诊断；

所述数据分析工具单元，允许操作人员分析数据以改进系统性能；

所述可视化界面单元，提供图形化展示，以便操作人员能够轻松理解风机状态和性能。

优选的，所述维护和诊断工具模块包括维护计划管理单元、远程维护功能单元、故障诊断单元和预测性维护工具单元；

所述维护计划管理单元，计划维护任务，以确保风机的正常运行；

所述远程维护功能单元，允许远程技术支持和维护。

优选的，所述故障诊断单元，监测风机状态并执行故障诊断，以便快速修复问题；

所述预测性维护工具单元，使用数据分析来预测何时需要维护，以减少停机时间。

优选的，所述安全与保护模块包括物理安全设备单元、防火墙和网络安全控制单元、访问控制单元和安全监测和报警单元；

所述括物理安全设备单元，包括围栏、锁定系统和紧急停机设备，以确保操作人员的安全；

所述防火墙和网络安全控制单元，保护风机控制系统免受网络攻击。

优选的，所述访问控制单元，管理谁可以访问控制系统的不同部分；

所述安全监测和报警单元，监测任何潜在的安全问题并发出警报。

本发明提供了一种无轴转动的中大型风机控制系统。具备以下有益效果：

1、本发明通过提供一种高度一体化的中大型风机控制系统，将核心控制、传感器和数据采集、驱动与电源管理、通信与联网、人机界面和数据存储、维护和诊断工具以及安全与保护模块紧密整合在一起。这种一体化可以降低系统复杂性，提高可维护性，并提供更高的系统整体效率。

2、本发明通过维护和诊断工具模块，该系统可以实时监测风机状态，迅速识别潜在故障和性能问题，并采取自动或远程控制措施来减少维修停机时间。这有助于提高风机的可靠性和降低运营成本。

3、本发明通过一系列物理和网络安全措施，以确保风机和控制系统的安全性，这有助于防止未经授权的访问、操纵或破坏，从而保障系统的完整性和可用性。此安全性功能对于中大型风机的可靠运行和连接到外部网络的安全至关重要。

附图说明

图1为本发明的整体框架示意图；

图2为本发明的核心控制模块结构示意图；

图3为本发明的传感器和数据采集模块结构示意图；

图4为本发明的驱动与电源管理模块结构示意图；

图5为本发明的通信与联网模块结构示意图；

图6为本发明的人机界面和数据存储模块结构示意图；

图7为本发明的维护和诊断工具结构示意图；

图8为本发明的安全与保护模块结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅附图1－附图8，本发明实施例提供一种无轴转动的中大型风机控制系统，包括中大型风机控制系统，所述中大型风机系统连接有核心控制模块、传感器和数据采集模块、驱动与电源管理模块、通信与联网模块、人机界面和数据存储模块、维护和诊断工具模块和安全与保护模块；所述核心控制模块，用于实时风机控制和状态监测；所述传感器和数据采集模块，负责监测环境条件和风机状态，将数据传递给核心控制模块；所述驱动与电源管理模块，用于电机控制和电源供应；所述通信与联网模块，用于与其他系统、气象站、电网等通信，以进行数据传输和远程监控；所述人机界面和数据存储模块，为操作人员提供监视和控制界面，同时存储历史数据以供分析；所述维护和诊断工具模块，用于监测风机健康状态和执行维护任务；所述安全与保护模块，用于确保风机和控制系统的安全性和完整性。

具体的，这些模块共同协作，以确保风机的可靠运行、性能优化、故障诊断和远程监控。

请参阅附图2，所述核心控制模块包括风机控制器单元、控制算法单元、状态监测单元和报警单元；所述风机控制器单元，这是控制风机的核心单元，执行控制策略以调整风机的运行参数，如叶片角度、转速等；所述控制算法单元，包括P ID控制、模型预测控制等，用于实时计算和调整风机参数以维持性能和安全；所述状态监测单元，用于监测风机各个组件的状态，包括电机、轴承、叶片等，以便及早检测故障；所述报警单元，提供实时报警和通知，以便操作人员能够快速采取措施来应对突发情况。

具体的，核心控制模块是风机控制系统的大脑，风机控制器单元负责管理风机的运行参数，如叶片角度和转速，控制算法单元使用PID控制、模型预测控制等算法实时计算和调整这些参数以保持风机的性能和安全。状态监测单元监测风机各个组件的状态，包括电机、轴承、叶片等，以及早检测故障，报警单元提供实时报警和通知，以便操作人员能够迅速采取措施来应对突发情况。

请参阅附图3，所述传感器和数据采集模块包括风速传感单元、温度传感单元、湿度传感单元和风机状态传感单元所述风速传感单元，测量周围风速，以便根据环境条件调整风机控制策略；所述温度传感单元，监测温度，有助于预防过热和优化冷却；所述湿度传感单元，测量湿度，可用于考虑湿度对风机性能的影响；所述风机状态传感单元，监测风机的运行状态，如转速、电流、振动等。

具体的，传感器和数据采集模块负责监测环境条件和风机状态，以提供实时数据给核心控制模块，风速传感单元测量周围风速，以便根据环境条件调整风机控制策略，温度传感单元监测温度，有助于预防过热和优化冷却，湿度传感单元测量湿度，可用于考虑湿度对风机性能的影响，风机状态传感单元监测风机的运行状态，如转速、电流、振动等。

请参阅附图4，所述驱动与电源管理模块包括电机控制单元、变频单元、电源管理单元和电机检测单元；所述电机控制单元，管理电机的启停和速度调整；所述变频单元，用于调整电机的速度，以适应不同的风速条件；所述电源管理单元，提供稳定的电源，确保电机和控制系统的电能供应；所述电机检测单元，监测电机性能，以检测电机问题并执行维护。

具体的，驱动与电源管理模块管理风机的电机控制和电源供应，电机控制单元负责电机的启停和速度调整，变频单元用于调整电机的速度，以适应不同的风速条件，电源管理单元提供稳定的电源，确保电机和控制系统的电能供应，电机检测单元监测电机性能，以检测电机问题并执行维护。

请参阅附图5，所述通信与联网模块包括数据传输协议单元、通信接口单元、远程监控连接单元和数据存储与分发单元；所述数据传输协议单元，确保不同组件之间的数据传输有效且可靠；所述通信接口单元，使风机系统能够与其他系统通信；所述远程监控连接单元，允许操作人员或监控系统从远程位置访问风机数据；所述数据存储与分发单元，负责存储历史数据，以便分析和报告。

具体的，通信与联网模块允许风机控制系统与其他系统、气象站、电网等进行通信，以进行数据传输和远程监控，数据传输协议单元确保不同组件之间的数据传输有效且可靠，通信接口单元使风机系统能够与其他系统通信，远程监控连接单元允许操作人员或监控系统从远程位置访问风机数据，数据存储与分发单元负责存储历史数据，以便进行性能分析和报告。

请参阅附图6，所述人机界面和数据存储模块包括人机界面单元、数据存储单元、数据分析工具单元和可视化界面单元；所述人机界面单元，提供操作人员可视化接口，用于监视风机状态和执行控制操作；所述数据存储单元，用于保存历史数据，以便进行性能分析和故障诊断；所述数据分析工具单元，允许操作人员分析数据以改进系统性能；所述可视化界面单元，提供图形化展示，以便操作人员能够轻松理解风机状态和性能。

具体的，人机界面和数据存储模块为操作人员提供监视和控制界面，同时存储历史数据以供分析，人机界面单元提供可视化接口，用于监视风机状态和执行控制操作，数据存储单元用于保存历史数据，以便进行性能分析和故障诊断，数据分析工具单元允许操作人员分析数据以改进系统性能，可视化界面单元提供图形化展示，以便操作人员能够轻松理解风机状态和性能。

请参阅附图7，所述维护和诊断工具模块包括维护计划管理单元、远程维护功能单元、故障诊断单元和预测性维护工具单元；所述维护计划管理单元，计划维护任务，以确保风机的正常运行；所述远程维护功能单元，允许远程技术支持和维护，所述故障诊断单元，监测风机状态并执行故障诊断，以便快速修复问题；所述预测性维护工具单元，使用数据分析来预测何时需要维护，以减少停机时间。

具体的，维护和诊断工具模块用于监测风机健康状态和执行维护任务。维护计划管理单元计划维护任务，以确保风机的正常运行，远程维护功能单元允许远程技术支持和维护，故障诊断单元监测风机状态并执行故障诊断，以便快速修复问题，预测性维护工具单元使用数据分析来预测何时需要维护，以减少停机时间。

请参阅附图8，所述安全与保护模块包括物理安全设备单元、防火墙和网络安全控制单元、访问控制单元和安全监测和报警单元；所述括物理安全设备单元，包括围栏、锁定系统和紧急停机设备，以确保操作人员的安全；所述防火墙和网络安全控制单元，保护风机控制系统免受网络攻击，所述访问控制单元，管理谁可以访问控制系统的不同部分；所述安全监测和报警单元，监测任何潜在的安全问题并发出警报。

具体的，安全与保护模块用于确保风机和控制系统的安全性和完整性，物理安全设备单元包括围栏、锁定系统和紧急停机设备，以确保操作人员的安全，防火墙和网络安全控制单元保护风机控制系统免受网络攻击，访问控制单元管理谁可以访问控制系统的不同部分，安全监测和报警单元监测任何潜在的安全问题并发出警报。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。