具体实施方式

提供参照附图的以下描述以帮助对由权利要求及其等同物限定的本发明的实施例的全面理解。包括各种特定细节以帮助理解，但这些细节仅被视为是示例性的。因此，本领域的普通技术人员将认识到在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可对描述于此的实施例进行各种改变和修改。此外，为了清楚和简洁，省略对公知的功能和结构的描述。

本发明为了减少叶片卡桨工况，降低叶片卡桨的概率，设计了变桨系统的安全保护回路，以保证足够可靠的收桨功能。根据功能安全相关设计标准，本发明设计了在category 4架构下的液压系统安全保护回路。从category 4的定义可知除应用必要的welltried器件(有保障的安全器件)和原则之外，安全保护回路中单一故障不能导致安全功能的失效，且故障都能被探测到。此外，本发明设计的变桨系统的安全保护回路除可以应用于由电磁阀控制液压缸直接作用于变桨轴承的液压变桨系统，也可应用于直流电变桨系统中。下面将参照图1至图5详细地描述根据本发明的提升风机安全性能的设备和方法。

图1是示出根据本发明的示例性实施例的提升风机安全性能的设备100的框图。这里，提升风机安全性能的设备100也可被称为安全保护回路，并被安装在风机的变桨系统上。

参照图1，提升风机安全性能的设备100可包括反馈信号发生器110、安全监控模块120和收桨控制器130。

反馈信号发生器110可实时检测收桨控制器130的工作状态，并输出用于指示所述工作状态的反馈指示信号。

安全监控模块120可实时监视反馈信号发生器110输出的反馈指示信号。当安全监控模块120通过监视所述反馈指示信号确定需要触发安全功能时，安全监控模块120产生收桨控制信号。这里，安全功能是保护风电机组不过速的功能，也就是说，当风电机组的叶片出现震动、过速、手动急停时，触发风电机组安全链动作(即，紧急收桨)的功能。

根据本发明的示例性实施例，当所述反馈指示信号与预设信号不同时，安全监控模块120可确定需要触发收桨动作。

根据本发明的示例性实施例，安全监控模块120可由可编程逻辑控制器(PLC)和安全继电器(safety relay)构成。例如，图2是示出根据本发明的示例性实施例的安全监控模块120的结构的示意图。参照图2，安全监控模块120可包括编程逻辑控制器121和安全继电器122，其中，可编程逻辑控制器121的输入(Input_121)与反馈信号发生器110的输出连接，可编程逻辑控制器121的输出(Output_121)与安全继电器122的输入(Input_122)连接，安全继电器122的输出(Output_122)作为安全监控模块120的输出。

当由反馈信号发生器110输出的反馈指示信号与预设信号不同时，可编程逻辑控制器121产生并输出收桨指示信号。响应于从可编程逻辑控制器121接收到收桨指示信号，安全继电器122通过断电以产生收桨控制信号。

此外，安全继电器122还可与风机主控(未示出)连接，并可从风机主控接收断电信号或收桨指示信号。例如，安全继电器122可通过A1和A2接口来接收得电断电信号，并可通过S11和S12接口来接收收桨指示信号。响应于从风机主控接收到的断电信号或收桨指示信号，安全继电器122可通过断电以产生收桨控制信号。

收桨控制器103可响应于所述收桨控制信号，控制变桨执行机构(未示出)执行收桨。

根据本发明的示例性实施例，响应于从安全监控模块120接收到的收桨控制信号，收桨控制器130可通过断电以控制变桨执行机构执行收桨。

根据本发明的示例性实施例的提升风机安全性能的设备(安全保护回路)100可用于液压变桨系统和直流电变桨系统。下面，将参照图3和图4详细描述在液压变桨系统和直流电变桨系统下，提升风机安全性能的设备(安全保护回路)100的示意图。

液压变桨系统

图3是示出根据本发明的示例性实施例的在液压变桨系统下提升风机安全性能的设备100的示意图。

参照图3，当风机的变桨系统为液压变桨系统，也即，变桨执行机构包括液压油缸340时，收桨控制器可由紧急顺桨电磁阀330实现。紧急顺桨电磁阀330可安装在液压油缸340与蓄能器350之间，当紧急顺桨电磁阀330断电时，液压油缸340依靠蓄能器350提供的驱动力来执行收桨操作。

反馈信号发生器310可检测紧急顺桨电磁阀330的工作状态，并输出紧急顺桨电磁阀330的阀芯反馈指示信号作为所述反馈指示信号。根据本发明的示例性实施例，紧急顺桨电磁阀330的数量可为两个，当任意一个紧急顺桨电磁阀330的阀芯反馈指示信号(例如，1s1、1s2、2s1和2s2中的任意一个)与所述预设信号不同时，安全监控模块320确定需要触发收桨动作，并输出收桨控制信号(例如，1v1、1v2、2v1和2v2中的任意一个)。

响应于安全监控模块320输出的收桨控制信号，紧急顺桨电磁阀330断电。响应于紧急顺桨电磁阀330断电，液压油缸340的无杆腔和蓄能器350导通，液压油缸340的有杆腔和油箱导通以将油缸杆伸出，从而触发收桨动作。

根据功能安全标准，通过阀芯反馈指示信号监视紧急顺桨电磁阀330的阀门状态的方式，系统诊断覆盖率将达到99％以上。完全冗余的回路结合99％以上的诊断覆盖率能够达到category 4的要求，当元件选择满足基本的well tried原则和器件要求时整个安全保护回路的安全等级将达到PLe或SIL3以上，从而将叶片卡桨的概率与电动变桨系统和现有液压变桨系统相比降低10倍乃至百倍以上，进而实现在风机设计端剔除叶片卡桨工况的效果。

直流电变桨系统

图4是示出根据本发明的示例性实施例的在直流电变桨系统下提升风机安全性能的设备100的示意图。

参照图4，当风机的变桨系统为直流电变桨系统，也即，变桨执行机构包括直流电动机440时，收桨控制器可由接触器430实现。这里，接触器430可以是带有满足IEC60947-4-1镜像触点的类型。接触器430可安装在直流电动机440与备用电源450之间。接触器430的常闭触点K1和K2与直流电动机440之间可以用两条电源线连接，其中一条作为冗余备用。当接触器430的线圈失电时，接触器430的常闭触点K1和K2使直流电动机440与备用电源450导通，直流电动机440依靠备用电源450提供的电能来执行收桨操作。

反馈信号发生器410可检测接触器430的工作状态，即，接触器430的常开常闭触点K1和K2的状态，并输出接触器430的常闭触点K1和K2的状态反馈指示信号作为所述反馈指示信号(例如，k1和k2)。

当安全监控模块420通过监视所述反馈指示信号(例如，k1和k2)确定需要触发安全功能时，安全监控模块420产生收桨控制信号。

响应于安全监控模块420输出的收桨控制信号，接触器430的线圈失电。响应于接触器430的线圈失电，接触器430的常闭触点K1和K2闭合，从而触发收桨动作。

针对直流电变桨系统，其控制系统和安全系统(即，安全保护回路)是完全分离的系统架构，安全保护系统中每个独立的元件足够简单，有足够的冗余保证单一失效不破坏安全功能，以及足够的故障可探测度。

图5是示出根据本发明的示例性实施例的提升风机安全性能的方法的流程图。

参照图5，在步骤S501，可通过反馈信号发生器110实时检测收桨控制器130的工作状态，并输出用于指示所述工作状态的反馈指示信号。

在步骤S502，可通过安全监控模块120实时监视反馈信号发生器110输出的反馈指示信号。

在步骤S503，安全监控模块120可通过监视所述反馈指示信号确定是否需要触发安全功能。这里，安全功能是保护风电机组不过速的功能，也就是说，当风电机组的叶片出现震动、过速、手动急停时，触发风电机组安全链动作(即，紧急收桨)的功能。

根据本发明的示例性实施例，当所述反馈指示信号与预设信号不同时，安全监控模块120可确定需要触发收桨动作。

根据本发明的示例性实施例，安全监控模块120可由可编程逻辑控制器(PLC)和安全继电器(safety relay)构成。

在步骤504，当安全监控模块120通过监视所述反馈指示信号确定需要触发安全功能时，可通过安全监控模块120产生收桨控制信号。

根据本发明的示例性实施例，当由反馈信号发生器110输出的反馈指示信号与预设信号不同时，可编程逻辑控制器121产生并输出收桨指示信号。响应于从可编程逻辑控制器121接收到收桨指示信号，安全继电器122通过断电以产生收桨控制信号。

根据本发明的另一示例性实施例，安全继电器122还可与风机主控(未示出)连接，并可从风机主控接收断电信号或收桨指示信号。例如，安全继电器122可通过A1和A2接口来接收得电断电信号，并可通过S11和S12接口来接收收桨指示信号。响应于从风机主控接收到的断电信号或收桨指示信号，安全继电器122可通过断电以产生收桨控制信号。

在步骤S505，响应于所述收桨控制信号，可通过收桨控制器103控制变桨执行机构(未示出)执行收桨。

根据本发明的示例性实施例，响应于从安全监控模块120接收到的收桨控制信号，收桨控制器130可通过断电以控制变桨执行机构执行收桨。

根据本发明的示例性实施例的提升风机安全性能的方法可用于液压变桨系统和直流电变桨系统。上面已参照图3和图4详细描述了在液压变桨系统和直流电变桨系统下的提升风机安全性能方法，因此在此不再赘述。

根据本发明的提升风机安全性能的方法和设备，通过变桨安全保护回路来降低叶片卡桨概率，达到了剔除叶片卡桨工况的目的，从而降低机组载荷，提高经济性。

以上已参照图1至图5描述了根据本发明示例性实施例的提升风机安全性能的设备和方法。

图1所示出的安全监控模块可被配置为执行特定功能的软件、硬件、固件或上述项的任意组合。例如，安全监控模块可对应于专用的集成电路，也可对应于纯粹的软件代码，还可对应于软件与硬件相结合的模块。此外，安全监控模块所实现的一个或多个功能也可由物理实体设备(例如，处理器、客户端或服务器等)中的组件来统一执行。

此外，参照图5所描述的方法中由安全监控模块执行的操作可通过记录在计算机可读存储介质上的程序(或指令)来实现。例如，根据本发明的示例性实施例，可提供存储指令的计算机可读存储介质，其中，当所述指令被至少一个计算装置运行时，促使所述至少一个计算装置执行通过安全监控模块执行的操作。

上述计算机可读存储介质中的计算机程序可在诸如客户端、主机、代理装置、服务器等计算机设备中部署的环境中运行，应注意，计算机程序还可用于执行除了上述步骤以外的附加步骤或者在执行上述步骤时执行更为具体的处理，这些附加步骤和进一步处理的内容已经在参照图5进行相关方法的描述过程中提及，因此这里为了避免重复将不再进行赘述。

应注意，根据本发明示例性实施例的安全监控模块可完全依赖计算机程序的运行来实现相应的功能，即，各个单元在计算机程序的功能架构中与各步骤相应，使得整个系统通过专门的软件包(例如，lib库)而被调用，以实现相应的功能。

另一方面，图1所示的各个装置也可以通过硬件、软件、固件、中间件、微代码或其任意组合来实现。当以软件、固件、中间件或微代码实现时，用于执行相应操作的程序代码或者代码段可以存储在诸如存储介质的计算机可读介质中，使得处理器可通过读取并运行相应的程序代码或者代码段来执行相应的操作。

例如，本发明的示例性实施例还可以实现为计算装置，该计算装置包括存储部件和处理器，存储部件中存储有计算机可执行指令集合，当计算机可执行指令集合被处理器执行时，执行根据本发明的示例性实施例的通过安全监控模块执行的操作。

具体说来，计算装置可以部署在服务器或客户端中，也可以部署在分布式网络环境中的节点装置上。此外，计算装置可以是PC计算机、平板装置、个人数字助理、智能手机、web应用或其他能够执行上述指令集合的装置。

这里，计算装置并非必须是单个的计算装置，还可以是任何能够单独或联合执行上述指令(或指令集)的装置或电路的集合体。计算装置还可以是集成控制系统或系统管理器的一部分，或者可被配置为与本地或远程(例如，经由无线传输)以接口互联的便携式电子装置。

在计算装置中，处理器可包括中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、可编程逻辑装置、专用处理器系统、微控制器或微处理器。作为示例而非限制，处理器还可包括模拟处理器、数字处理器、微处理器、多核处理器、处理器阵列、网络处理器等。

根据本发明示例性实施例的通过安全监控模块执行的操作中所描述的某些操作可通过软件方式来实现，某些操作可通过硬件方式来实现，此外，还可通过软硬件结合的方式来实现这些操作。

处理器可运行存储在存储部件之一中的指令或代码，其中，存储部件还可以存储数据。指令和数据还可经由网络接口装置而通过网络被发送和接收，其中，网络接口装置可采用任何已知的传输协议。

存储部件可与处理器集成为一体，例如，将RAM或闪存布置在集成电路微处理器等之内。此外，存储部件可包括独立的装置，诸如，外部盘驱动、存储阵列或任何数据库系统可使用的其他存储装置。存储部件和处理器可在操作上进行耦合，或者可例如通过I/O端口、网络连接等互相通信，使得处理器能够读取存储在存储部件中的文件。

此外，计算装置还可包括视频显示器(诸如，液晶显示器)和用户交互接口(诸如，键盘、鼠标、触摸输入装置等)。计算装置的所有组件可经由总线和/或网络而彼此连接。

根据本发明示例性实施例的通过安全监控模块执行的操作可被描述为各种互联或耦合的功能块或功能示图。然而，这些功能块或功能示图可被均等地集成为单个的逻辑装置或按照非确切的边界进行操作。

因此，参照图5所描述的通过安全监控模块执行的操作可通过包括至少一个计算装置和至少一个存储指令的存储装置的系统来实现。

根据本发明的示例性实施例，至少一个计算装置是根据本发明示例性实施例的用于执行通过安全监控模块执行的操作的计算装置，存储装置中存储有计算机可执行指令集合，当计算机可执行指令集合被至少一个计算装置执行时，执行参照图5所描述的通过安全监控模块执行的操作的步骤。

以上描述了本发明的各示例性实施例，应理解，上述描述仅是示例性的，并非穷尽性的，本发明不限于所披露的各示例性实施例。在不偏离本发明的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的范围为准。