貝加萊WTC風(fēng)電主控系統(tǒng)
1 應(yīng)用背景——日益增加的新能源需求和迅速發(fā)展的風(fēng)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電正在中國蓬勃發(fā)展,隨著能源環(huán)保問題的加劇,綠色的風(fēng)力發(fā)電越發(fā)得到國家重視,投入不斷加大,最近幾年,風(fēng)力發(fā)電保持著每年30%以上的強
1. 應(yīng)用背景——日益增加的新能源需求和迅速發(fā)展的風(fēng)電技術(shù)
風(fēng)力發(fā)電正在中國蓬勃發(fā)展,隨著能源環(huán)保問題的加劇,綠色的風(fēng)力發(fā)電越發(fā)得到國家重視,投入不斷加大,最近幾年,風(fēng)力發(fā)電保持著每年30%以上的強勁增長勢頭。
國內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)起步較晚,目前的控制系統(tǒng)均是由歐洲專用控制方案提供商提供的專用系統(tǒng),價格高昂且交貨周期較長。開發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的控制系統(tǒng)必須要提上日程,一方面,由于缺乏差異化而使得未來競爭中的透明度過高,而造成陷入激烈的價格競爭,另一方面,尋找合適的平臺開發(fā)自主的風(fēng)電控制系統(tǒng)將使得制造商在未來激烈競爭中獲得先手。
然而,風(fēng)電控制系統(tǒng)必須滿足風(fēng)電行業(yè)特殊的需求和苛刻的指標(biāo)要求,這一切都對風(fēng)力發(fā)電的控制系統(tǒng)平臺提出了要求,而B&R的控制系統(tǒng),在軟、硬件上均提供了適應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電行業(yè)需求的設(shè)計。
2. 風(fēng)力發(fā)電設(shè)備對控制系統(tǒng)的需求
2.1 高標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性
當(dāng)今,基于全球?qū)η鍧嵞茉吹闹匾暎鱾€國家都在建設(shè)風(fēng)場,風(fēng)機的安裝地點十分廣泛,北半球、南半球、陸地、海洋,只要有合適風(fēng)資源的場所就可安裝風(fēng)機,這對風(fēng)機中的器件提出了很高的要求,作為風(fēng)機運行的大腦——控制系統(tǒng)來說,同樣不例外:寬溫,抗震,防腐蝕、電磁兼容性好等幾方面成為了最基本的要求。
貝加萊在風(fēng)機主控系統(tǒng)中采用的X20系統(tǒng),在產(chǎn)品設(shè)計之初就考慮了這些需求,除了通過標(biāo)準(zhǔn)的CE,C-UL-US,GOST-R等認(rèn)證外,我們的產(chǎn)品在德國TUV實驗室做了HALT(高加速壽命)測試,測試結(jié)果表明,X20系統(tǒng)的操作極限溫度可達到: -70°C~100°C,振動極限可達到55g(RMS)。此外針對海上風(fēng)機對于防鹽堿、防潮氣等方面,X20所有模塊均進行了特殊處理;同時X20系統(tǒng)的MTBF時間可達到50萬個小時,這些指標(biāo)從硬件方面都已完全滿足了現(xiàn)場提出的高標(biāo)準(zhǔn)要求,X20系統(tǒng)在各行各業(yè)的實際應(yīng)用情況也都證明了這一點。
2.2高級語言編程能力
由于功率控制涉及到風(fēng)速變化、最佳葉尖速比的獲取、機組輸出功率、相位和功率因素,發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速等諸多因素的影響,因此,它包含了復(fù)雜的控制算法設(shè)計需求,而這些,對于控制器的高級語言編程能力有較高的要求,而B&R PCC產(chǎn)品提供了高級語言編程能力,不僅僅是這些,還包括了以下一些關(guān)鍵技術(shù):
2.2.1復(fù)雜控制算法設(shè)計能力
傳統(tǒng)的機器控制多為順序邏輯控制,而隨著傳感器技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,復(fù)雜控制將越來越多的應(yīng)用于機器,而機器控制本身即是融合了邏輯、運動、傳感器、高速計數(shù)、安全、液壓等一系列復(fù)雜控制的應(yīng)用,PCC的設(shè)計者們很早就注意到這個發(fā)展方向而設(shè)計了PCC產(chǎn)品來滿足這一未來的需求。
為了滿足這種需求,PCC設(shè)計為基于Automation Runtime的實時操作系統(tǒng)(OS)上,支持高級語言編程,對于風(fēng)力發(fā)電而言,變槳距、主控邏輯、功率控制單元等的算法非常復(fù)雜,這需要一個強大的控制器來實現(xiàn)對其高效的程序設(shè)計,并且,代碼安全必須事先考慮,以維護在研發(fā)領(lǐng)域的投資安全。
2.2.2功能塊調(diào)用
PCC支持PLCopen Motion、PLCopen Safety和PLCopenHydraulic庫的調(diào)用,這對于風(fēng)電這一集合了變槳運動控制、安全邏輯設(shè)計、液壓控制的綜合系統(tǒng)來說是再好不過的選擇.變槳控制將考慮多個伺服的定位和同步關(guān)系,而safety為機組提供了多種安全回路設(shè)計以保護機組的安全可靠運行,液壓控制被極其容易的集成到系統(tǒng)中而無需購置專用的液壓控制模塊。同時,PCC支持用戶自定義庫的封裝設(shè)計,用戶可以將其自身的核心算法封裝為功能塊來調(diào)用,這使得一方面代碼的安全性得到了很好的保證,而另一方面,它也提供了針對不同機組的系統(tǒng)調(diào)用,大大簡化了軟件的重構(gòu),支持快速開發(fā)。
2.2.3 All In One的設(shè)計理念——Automation Studio™集成軟件開發(fā)平臺
Automation Studio™設(shè)計初衷是建立在一種放眼整機控制而不是局部(只關(guān)心驅(qū)動或者邏輯,獨立組件),30年的豐富OEM控制設(shè)計使得B&R深刻理解“整體”的意義,因此,其軟件包設(shè)計為面向整個機器的各個對象(邏輯、運動、測量、通信、顯示)和過程(配置、項目規(guī)劃與管理、診斷、調(diào)試、維護)。
對于B&R Automation Studio而言,控制器的設(shè)計、變槳伺服、液壓控制、Safety技術(shù)、通信均在一個”All In One”的工具包Automation Stduio中實現(xiàn),對于風(fēng)力發(fā)電這樣的綜合多種控制需求的系統(tǒng)而言,Automation Studio提供了一個完整的工程設(shè)計與應(yīng)用的平臺,它使得代碼生成、仿真分析、遠(yuǎn)程診斷與維護集成為一體,難道還有什么需要不能滿足嗎?
拋開技術(shù)的因素,對于用戶而言,一套軟件即可實現(xiàn)所有的應(yīng)用需求,這降低工程師的學(xué)習(xí)成本,也作為一個平臺,為用戶提供了長期持續(xù)創(chuàng)新的軟件平臺基礎(chǔ)。
2.3 Matlab/Simulink風(fēng)力發(fā)電控制器代碼自動生成
風(fēng)能利用是一個系統(tǒng)工程,涉及到了氣象學(xué)、流體力學(xué)、固體力學(xué)、電力電子、機械工程、材料工程等多種學(xué)科和專業(yè),許多部件都能建立起相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,而MATLAB是建模、仿真的常用工具軟件,貝加萊的Automation Studio中集成了Matlab/SIMULINK的接口,這將大大減少工程設(shè)計人員的編程調(diào)試時間,降低現(xiàn)場調(diào)試費用。
從2008年開始,B&R與Mathworks建立了深度的合作關(guān)系,采用MATLAB/SIMULINK工具,提供針對電力行業(yè)的模型構(gòu)建、仿真分析與代碼生成設(shè)計。
2.3.1基于建模的系統(tǒng)設(shè)計
控制系統(tǒng)設(shè)計是基于數(shù)學(xué)建模的,這是所有工程應(yīng)用的目標(biāo)和基礎(chǔ)理論,而Matlab正是提供了建模設(shè)計架構(gòu)上的系統(tǒng)仿真和分析。
通過SIMULINK,建立模型就如同裝配物理系統(tǒng)本身一樣,模型中的組件就像實際的物理線路連接一樣方便,這些物理連接代表理想的傳導(dǎo)路徑,通過這個方法,可描述系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu),而無需推導(dǎo)和實現(xiàn)用于系統(tǒng)的方程,模型與原理圖非常相似,從模型中,SIMULINK可自動構(gòu)造描述系統(tǒng)運行的微分代數(shù)方程,這些方程可與其它方程集成在一起。例如你可以定義線性和飽和變壓器、避雷器和斷路器以及輸電線路的模型,勵磁、液壓和風(fēng)力渦輪機組,以及電力電子單元的GTO、IGBT模型,對于控制和測量單元的電壓、電流、阻抗測量,RMS測量,有功和無功功率的計算,以及abc-to dq0及dq0到abc的轉(zhuǎn)換,三相單元的RPL負(fù)載、同步或異步發(fā)電機,電動機分析和測量工具均可以被組件形式建立模型,并通過SIMULINK來連接。
利用SIMULINK可以為風(fēng)力發(fā)電機組建立控制系統(tǒng)模型
2.3.2 SIMULINK的電力應(yīng)用分析能力
SIMULINK里包含了柔性輸電系統(tǒng)向量模型、風(fēng)力渦輪的向量模型、電機的直接轉(zhuǎn)矩控制和磁場定向控制模型等。SIMULINK為電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)提供了三種解決方案,以及一種理想的切換算法,可通過高頻切換提升系統(tǒng)的仿真性能。在 Simulink中使用變步積分算法來執(zhí)行高度精確的電力系統(tǒng)模型仿真。其中一些積分算法可處理在實際電力系統(tǒng)建模中常遇到的數(shù)值剛性系統(tǒng)。
SIMULINK提供的零點穿越檢測功能,能以十分精確的機器精度檢測并求解不連續(xù)過程。離散仿真采用固定步長梯形積分法來仿真系統(tǒng),特別適合帶電力電子設(shè)備的電力系統(tǒng)模型。該模式還有助于實現(xiàn)模型的實時執(zhí)行。向量仿真則采用一組固定頻率代數(shù)。
2.3.3 代碼自動生成
通過MATLAB/Simulink,系統(tǒng)建模的控制器代碼可以被生成,并經(jīng)過優(yōu)化成為真正可用的程序,而這些強大的功能也被集成到了Automation Studio中,對于開發(fā)風(fēng)電控制系統(tǒng)而言,這無疑是一種非常好的選擇。
2.3.4 貝加萊仿真模型的合作伙伴---德國風(fēng)能研究所(ISET)
ISET成立于1988年,是一家同Kassel大學(xué)合作的德國非營利性研究所。主要從事可再生能源戰(zhàn)略應(yīng)用方面的項目研發(fā),目前有75%的員工集中于風(fēng)電領(lǐng)域的項目研發(fā),大型風(fēng)電場的并網(wǎng)是其中一個重要研究內(nèi)容;他在風(fēng)機模型方面也積累了豐富的知識和經(jīng)驗,貝加萊在2007年進入風(fēng)電領(lǐng)域之初,就和ISET建立起了合作關(guān)系,通過ISET的支持,我們可以很快的對某一風(fēng)機建立起真實、準(zhǔn)確的仿真模型,并且通過MATLAB/Simulink接口,直接導(dǎo)入Automation Studio,在開發(fā)階段就可完成大部分的參數(shù)診定、程序測試等工作,并且通過這個模型可以自動生成變槳、扭矩控制算法。
3 基于B&R系統(tǒng)的風(fēng)電解決方案
在風(fēng)電領(lǐng)域,貝加萊可提供包括風(fēng)電場全場監(jiān)控系統(tǒng)(APROL)、風(fēng)機主控系統(tǒng)(X20)、單機SCADA系統(tǒng)(JAVA)等全套解決方案。
3.1 APROL風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)
3.1.1 監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成
APROL系統(tǒng)是一套早在1983年就推出的DCS系統(tǒng),它充分利用了近年來計算機、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字通訊技術(shù)的發(fā)展,結(jié)合工控各行業(yè)的工藝要求,目前已在石油天然氣、石化、化學(xué)工業(yè)、電力能源、環(huán)保、軌道交通、冶金、建材等工控各個領(lǐng)域有了大量的應(yīng)用。
目前APROL最新版本是3.6版,它充分吸收了其它家DCS系統(tǒng)的眾多優(yōu)勢,如系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性、良好的用戶界面、豐富的庫函數(shù)等,同時也克服了傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)的諸多不足,具有系統(tǒng)靈活開放、高效的開發(fā)環(huán)境等特點。
風(fēng)力發(fā)電場相當(dāng)于一個具有多個有功功率和無功功率可調(diào)并實時變化的發(fā)電單元的系統(tǒng),風(fēng)力發(fā)電場及其各個風(fēng)力發(fā)電機組是一種整體與部分、宏觀與微觀的關(guān)系。因此,在單臺風(fēng)機控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,設(shè)計合適的風(fēng)電場級的DCS系統(tǒng),監(jiān)測風(fēng)電場內(nèi)各臺風(fēng)機的運行數(shù)據(jù),通過歷史運行數(shù)據(jù)預(yù)測未來不同時段風(fēng)電場的功率變化,并根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度指令調(diào)節(jié)風(fēng)電場的有功功率和無功功率輸出,以保證風(fēng)電場安全、穩(wěn)定、符合要求地運行。除風(fēng)力發(fā)電機組之外,風(fēng)電場DCS系統(tǒng)可以兼容或接入風(fēng)電場的升壓變電站、氣象觀測站的監(jiān)控系統(tǒng),提高風(fēng)電場監(jiān)控的集成度。
與傳統(tǒng)的風(fēng)電場中央監(jiān)控系統(tǒng)相比,APROL風(fēng)電場DCS系統(tǒng)將由以下三個功能組成部分:
(1)實時監(jiān)控(SCADA)
(2)能量調(diào)度與管理(PDM)
(3) 功率預(yù)測管理(PFM)
風(fēng)力發(fā)電場相當(dāng)于一個具有多個有功功率和無功功率可調(diào)并實時變化的發(fā)電單元的系統(tǒng),風(fēng)力發(fā)電場及其各個風(fēng)力發(fā)電機組是一種整體與部分、宏觀與微觀的關(guān)系。因此,在單臺風(fēng)機控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,設(shè)計合適的風(fēng)電場級的DCS系統(tǒng),監(jiān)測風(fēng)電場內(nèi)各臺風(fēng)機的運行數(shù)據(jù),通過歷史運行數(shù)據(jù)預(yù)測未來不同時段風(fēng)電場的功率變化,并根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度指令調(diào)節(jié)風(fēng)電場的有功功率和無功功率輸出,以保證風(fēng)電場安全、穩(wěn)定、符合要求地運行。除風(fēng)力發(fā)電機組之外,風(fēng)電場DCS系統(tǒng)可以兼容或接入風(fēng)電場的升壓變電站、氣象觀測站的監(jiān)控系統(tǒng),提高風(fēng)電場監(jiān)控的集成度。
與傳統(tǒng)的風(fēng)電場中央監(jiān)控系統(tǒng)相比,APROL風(fēng)電場DCS系統(tǒng)將由以下三個功能組成部分:
(1)實時監(jiān)控(SCADA)
(2)能量調(diào)度與管理(PDM)
(3) 功率預(yù)測管理(PFM)
3.1.2 監(jiān)控范圍
在B&R的系統(tǒng)中,遠(yuǎn)程維護不僅僅代表在軟硬件意義上可以有靈活的實現(xiàn),而且也包含了:
(1)針對各種參數(shù)的監(jiān)控
不僅僅是電流、電壓,事實上在風(fēng)力發(fā)電場的每個參數(shù),各個傳感器的輸入、I/O模塊、CPU、甚至軟件中的中間變量都可以被遠(yuǎn)程監(jiān)控到。
(2)運行分析
通過靈活的軟件平臺,B&R也能為風(fēng)力發(fā)電場提供整場運行的數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ),包括設(shè)備維護、根源分析等管理級任務(wù),這個可以由B&R APROL DCS系統(tǒng)來完成,貝加萊提供了不僅僅是整機控制、監(jiān)控、也提供面向整場的管理級服務(wù)。
3.2 風(fēng)機主控系統(tǒng)
MW級風(fēng)機主控系統(tǒng)的典型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
3.2.1 X20分布式控制系統(tǒng)
在風(fēng)機主控系統(tǒng)中貝加萊主要采用了開放性好、集成度高、配置靈活、性能突出的X20分布式系統(tǒng),X20系統(tǒng)基于PC-Based技術(shù),CPU單元采用最新的Intel Celeron處理器,最快的循任務(wù)環(huán)周期可達200 μs;且所有CPU單元都標(biāo)配了USB、RS232以及以太網(wǎng)接口,支持各類主流的現(xiàn)場總線技術(shù),如Profibus-dp,Modbus/tcp,Canopen等;主CPU、I/O站以及安全系統(tǒng)間均采用Ethernet powerlink工業(yè)實時以太網(wǎng),各I/O模塊采集到的信號可以實時到傳送到主CPU進行條件判斷及處理;此外變流器設(shè)備、變槳系統(tǒng)、智能傳感器、CMS系統(tǒng)均可以通過通訊的方式實時采集到主CPU中;對上位軟件方面,X20系統(tǒng)也提供了豐富開放的接口:OPC、Dll、web、ftp等。以上所有的配置及調(diào)試均在AS3.0--一個統(tǒng)一的開發(fā)平臺下完成。
X20系統(tǒng)中還具備了一些時候風(fēng)機控制系統(tǒng)的特殊模塊,如測量有功、無功、相位角的X2OCM0985電力測量模塊;帶有示波器功能的AI/AO模塊;光纖中繼器模塊:X20BH模塊;PWM輸出模塊:針對逆變器的控制的專用模塊等。
X20CM0985電力測量與并網(wǎng)同步專家模塊
3.2.2 風(fēng)機主控軟件包(WTC Package)——核心軟件包
風(fēng)機主控軟件包是由貝加萊公司資深算法工程師、軟件工程師組成的研發(fā)小組,在分析和消化了目前的一些風(fēng)機控制軟件的設(shè)計,歷時2年所完成的一套軟件包,目前已有部分國內(nèi)外客戶在使用該軟件包,獲得了很好的使用反饋,以下幾點是該軟件包的設(shè)計理念:
(1)基于 標(biāo)準(zhǔn)化IEC61131-3語言開發(fā):結(jié)構(gòu)化文本(Structured text)
(2)軟件結(jié)構(gòu)由一些小部分組成并接口清晰(模塊化結(jié)構(gòu)):
l 便于添加/修改/移除單個部分
l 便于維護
l 便于測試
l 測試過部分代碼的復(fù)用
l 適用與多種機型(雙饋、直驅(qū))
(3)軟件修改和下載無需重啟
(4)集成完整的 I/O 診斷 – 可以運行時維護
(5)高度參數(shù)化 – 參數(shù)修改不會引起跳變
利用模塊化的結(jié)構(gòu),再加上貝加萊產(chǎn)品的定性分時多任務(wù)系統(tǒng)以及集成AS開發(fā)平臺,可以快速的完整一套風(fēng)機系統(tǒng)的主控軟件設(shè)計與開發(fā)工作,這一方案的優(yōu)勢在國內(nèi)外幾個合作項目中都得到了很好的體現(xiàn)。
3.2.3 風(fēng)機單機SCADA系統(tǒng)(基于Java技術(shù))
風(fēng)機單機的SCADA系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下幾類功能
(1) 風(fēng)機整機和各部件的實時數(shù)據(jù)信息
狀態(tài)信息 ▪ 溫度信息 ▪ 轉(zhuǎn)速信息▪ 電氣信息▪ 環(huán)境信息
(2)風(fēng)機各項統(tǒng)計數(shù)據(jù)信息
10分鐘平均數(shù)據(jù) ▪ 事件數(shù)據(jù)▪ 分析數(shù)據(jù)
(3)風(fēng)機控制
停機、開機、復(fù)位、維護 、參數(shù)設(shè)定 ▪ 有功功率調(diào)節(jié) ▪ 無功功率調(diào)節(jié)
基于上述需求,開發(fā)了基于web技術(shù)的開放式單機SCADA系統(tǒng),除了主控柜上的HMI可以顯示和操作此界面外,任何一臺可以連接到主控PLC的計算機通過IE即可調(diào)用出此界面,實現(xiàn)瘦客戶端的SCADA系統(tǒng),通過最新的IT技術(shù)實現(xiàn)了遠(yuǎn)程維護和管理功能,其主界面如下圖所示。
3.2.4風(fēng)機仿真模型
如前所述,在獲得客戶提供的一系列有關(guān)機組的具體參數(shù)后(貝加萊會提供參數(shù)列表),貝加萊可根據(jù)這些參數(shù)提供出一套基于MATLAB/Simulink技術(shù)的仿真模型,該模型將以可運行在AS中的庫函數(shù)形式提供,同時有該模型還將自動生成和此機型有關(guān)系的變槳扭矩控制器,通過這樣的模型,可以直接對主控程序進行仿真調(diào)試。
3.2.5風(fēng)電安全系統(tǒng)
風(fēng)機的安全鏈設(shè)計中可通過安全繼電器回路或者集成式的安全模塊兩種方式來實現(xiàn),兩種模式均各有特點,但集成式的安全系統(tǒng)無疑是未來的趨勢。
B&R safety技術(shù)是目前運行最高效率的安全系統(tǒng),并且有完整的產(chǎn)品線如Safetylogic 、Safety I/O,Safety Motion、Powerlink Safety,滿足SIL 3級別的設(shè)計,安全邏輯的掃描周期為1ms,是目前刷新最快的Safety Logic產(chǎn)品,B&R SafetyLogic是基于POWERLINK實時通信技術(shù)而設(shè)計的,通過將系統(tǒng)中關(guān)鍵的邏輯如強風(fēng)、惡劣天氣,機組的狀態(tài)變化如葉輪過速、扭纜、電源失效、制動和操作人員的緊急按鈕動作等通過黃色的X20 Safety I/O輸入到系統(tǒng)中,而Safetylogic控制器作為一個POWERLINK Controlled Node來運行,只有在Safety邏輯對應(yīng)的I/O動作時才引發(fā)一個安全邏輯的執(zhí)行過程(這些過程依據(jù)引發(fā)安全的源而設(shè)計為不同),Safetylogic是獨立于標(biāo)準(zhǔn)控制單元的。
如主控系統(tǒng)拓?fù)鋱D所示,貝加萊的方案可采用集成的安全系統(tǒng),所有安全模塊可安裝在系統(tǒng)的任何一處。同時B&R Automation Studio工具包支持PLCopen的Safety庫應(yīng)用,支持20種開放的PLCopenSafety功能塊,對于風(fēng)力發(fā)電這樣牽扯到嚴(yán)格的機組安全的應(yīng)用而言,它不僅高效、完整的并且開放,易于構(gòu)建安全邏輯。
3.2.6 遠(yuǎn)程診斷和維護
(1)遠(yuǎn)程維護是系統(tǒng)必需的設(shè)計
對于風(fēng)力發(fā)電機組而言,遠(yuǎn)程監(jiān)控?zé)o疑至關(guān)重要,因為,風(fēng)力發(fā)電機組的安裝往往是在海邊、山谷風(fēng)口、沙漠隔壁這樣的遠(yuǎn)離市區(qū)的地方,因為,只有這些地方才能提供較大的風(fēng)力資源。如果一套系統(tǒng)能夠提供豐富的遠(yuǎn)程維護和監(jiān)控手段,將大大降低風(fēng)機的調(diào)試及維護成本,而貝加萊的方案在這方面為客戶提供了多樣的選擇。
(2)多種遠(yuǎn)程維護方案
遠(yuǎn)程診斷與維護提供了維護風(fēng)電場設(shè)備和系統(tǒng)的便捷方案,在B&R系統(tǒng)中,實現(xiàn)遠(yuǎn)程方案靈活并且能夠不增加或很少的成本即可。
l 基于VNC Server的遠(yuǎn)程維護
在B&R的HMI和Controller中,VNC Server和Web Server只需配置即可,這是一個軟件功能塊形式存在的,無需增加任何成本,并且,VNC Server的監(jiān)控軟件是免費的可獲得的,不僅提供完全現(xiàn)場監(jiān)控級的權(quán)限,也能夠提供參數(shù)修改和設(shè)置的能力。
l Web Server則提供了基于Internet遠(yuǎn)程訪問的能力
通過Windows自帶的IE瀏覽器即可實現(xiàn)對遠(yuǎn)程主機的數(shù)據(jù)監(jiān)控,包括CPU運行、當(dāng)前I/O參數(shù)等。此外基于JAVA的單機scada系統(tǒng)也可通過IE來做訪問。
l FTP Server提供了遠(yuǎn)程的程序傳輸能力
通過FTP Server程序的修改可以由本地PC完成后經(jīng)由Internet遠(yuǎn)程下載到控制器中。
l SNMP則提供了電子郵件發(fā)送數(shù)據(jù)的可能
E-mail可以傳送如現(xiàn)場數(shù)據(jù)、報警信息等到監(jiān)控端的電子信箱中。
l GSM支持則使得關(guān)鍵數(shù)據(jù)可以通過手機MMS短信形式在最快的時間里發(fā)送到監(jiān)控工程師的手機上,以便及時的對現(xiàn)場問題采取措施。
4 結(jié)束語
如今,貝加萊的WTC風(fēng)電控制包已經(jīng)在多家風(fēng)電設(shè)備制造商的(約數(shù)百臺)設(shè)備上運行,且穩(wěn)定可靠,同時還滿足了客戶批量化生產(chǎn)、調(diào)試以及代碼復(fù)用、移植等需求。
WTC不僅僅是一個軟件包,更重要的它也是一個平臺,對于自主研發(fā)控制系統(tǒng)的風(fēng)機制造商而言,WTC的模塊化設(shè)計為風(fēng)機廠商依據(jù)自身需求而調(diào)整設(shè)備的控制提供了極大的便利,這得益于WTC的開放性代碼設(shè)計。在這個基礎(chǔ)平臺上,風(fēng)機廠商可以根據(jù)需要增加和減少組件以適應(yīng)各種應(yīng)用環(huán)境的需求。
WTC滿足了自主研發(fā)風(fēng)電主控平臺的需求,使得國內(nèi)風(fēng)電制造商可以憑此快速掌握風(fēng)機控制的核心技術(shù),為長遠(yuǎn)的技術(shù)發(fā)展奠定基礎(chǔ),并在未來的國際競爭中處于領(lǐng)先位置。
風(fēng)力發(fā)電正在中國蓬勃發(fā)展,隨著能源環(huán)保問題的加劇,綠色的風(fēng)力發(fā)電越發(fā)得到國家重視,投入不斷加大,最近幾年,風(fēng)力發(fā)電保持著每年30%以上的強勁增長勢頭。
國內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)起步較晚,目前的控制系統(tǒng)均是由歐洲專用控制方案提供商提供的專用系統(tǒng),價格高昂且交貨周期較長。開發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的控制系統(tǒng)必須要提上日程,一方面,由于缺乏差異化而使得未來競爭中的透明度過高,而造成陷入激烈的價格競爭,另一方面,尋找合適的平臺開發(fā)自主的風(fēng)電控制系統(tǒng)將使得制造商在未來激烈競爭中獲得先手。
然而,風(fēng)電控制系統(tǒng)必須滿足風(fēng)電行業(yè)特殊的需求和苛刻的指標(biāo)要求,這一切都對風(fēng)力發(fā)電的控制系統(tǒng)平臺提出了要求,而B&R的控制系統(tǒng),在軟、硬件上均提供了適應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電行業(yè)需求的設(shè)計。
2. 風(fēng)力發(fā)電設(shè)備對控制系統(tǒng)的需求
2.1 高標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性
當(dāng)今,基于全球?qū)η鍧嵞茉吹闹匾暎鱾€國家都在建設(shè)風(fēng)場,風(fēng)機的安裝地點十分廣泛,北半球、南半球、陸地、海洋,只要有合適風(fēng)資源的場所就可安裝風(fēng)機,這對風(fēng)機中的器件提出了很高的要求,作為風(fēng)機運行的大腦——控制系統(tǒng)來說,同樣不例外:寬溫,抗震,防腐蝕、電磁兼容性好等幾方面成為了最基本的要求。
貝加萊在風(fēng)機主控系統(tǒng)中采用的X20系統(tǒng),在產(chǎn)品設(shè)計之初就考慮了這些需求,除了通過標(biāo)準(zhǔn)的CE,C-UL-US,GOST-R等認(rèn)證外,我們的產(chǎn)品在德國TUV實驗室做了HALT(高加速壽命)測試,測試結(jié)果表明,X20系統(tǒng)的操作極限溫度可達到: -70°C~100°C,振動極限可達到55g(RMS)。此外針對海上風(fēng)機對于防鹽堿、防潮氣等方面,X20所有模塊均進行了特殊處理;同時X20系統(tǒng)的MTBF時間可達到50萬個小時,這些指標(biāo)從硬件方面都已完全滿足了現(xiàn)場提出的高標(biāo)準(zhǔn)要求,X20系統(tǒng)在各行各業(yè)的實際應(yīng)用情況也都證明了這一點。
2.2高級語言編程能力
由于功率控制涉及到風(fēng)速變化、最佳葉尖速比的獲取、機組輸出功率、相位和功率因素,發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速等諸多因素的影響,因此,它包含了復(fù)雜的控制算法設(shè)計需求,而這些,對于控制器的高級語言編程能力有較高的要求,而B&R PCC產(chǎn)品提供了高級語言編程能力,不僅僅是這些,還包括了以下一些關(guān)鍵技術(shù):
2.2.1復(fù)雜控制算法設(shè)計能力
傳統(tǒng)的機器控制多為順序邏輯控制,而隨著傳感器技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,復(fù)雜控制將越來越多的應(yīng)用于機器,而機器控制本身即是融合了邏輯、運動、傳感器、高速計數(shù)、安全、液壓等一系列復(fù)雜控制的應(yīng)用,PCC的設(shè)計者們很早就注意到這個發(fā)展方向而設(shè)計了PCC產(chǎn)品來滿足這一未來的需求。
為了滿足這種需求,PCC設(shè)計為基于Automation Runtime的實時操作系統(tǒng)(OS)上,支持高級語言編程,對于風(fēng)力發(fā)電而言,變槳距、主控邏輯、功率控制單元等的算法非常復(fù)雜,這需要一個強大的控制器來實現(xiàn)對其高效的程序設(shè)計,并且,代碼安全必須事先考慮,以維護在研發(fā)領(lǐng)域的投資安全。
2.2.2功能塊調(diào)用
PCC支持PLCopen Motion、PLCopen Safety和PLCopenHydraulic庫的調(diào)用,這對于風(fēng)電這一集合了變槳運動控制、安全邏輯設(shè)計、液壓控制的綜合系統(tǒng)來說是再好不過的選擇.變槳控制將考慮多個伺服的定位和同步關(guān)系,而safety為機組提供了多種安全回路設(shè)計以保護機組的安全可靠運行,液壓控制被極其容易的集成到系統(tǒng)中而無需購置專用的液壓控制模塊。同時,PCC支持用戶自定義庫的封裝設(shè)計,用戶可以將其自身的核心算法封裝為功能塊來調(diào)用,這使得一方面代碼的安全性得到了很好的保證,而另一方面,它也提供了針對不同機組的系統(tǒng)調(diào)用,大大簡化了軟件的重構(gòu),支持快速開發(fā)。
2.2.3 All In One的設(shè)計理念——Automation Studio™集成軟件開發(fā)平臺
Automation Studio™設(shè)計初衷是建立在一種放眼整機控制而不是局部(只關(guān)心驅(qū)動或者邏輯,獨立組件),30年的豐富OEM控制設(shè)計使得B&R深刻理解“整體”的意義,因此,其軟件包設(shè)計為面向整個機器的各個對象(邏輯、運動、測量、通信、顯示)和過程(配置、項目規(guī)劃與管理、診斷、調(diào)試、維護)。
對于B&R Automation Studio而言,控制器的設(shè)計、變槳伺服、液壓控制、Safety技術(shù)、通信均在一個”All In One”的工具包Automation Stduio中實現(xiàn),對于風(fēng)力發(fā)電這樣的綜合多種控制需求的系統(tǒng)而言,Automation Studio提供了一個完整的工程設(shè)計與應(yīng)用的平臺,它使得代碼生成、仿真分析、遠(yuǎn)程診斷與維護集成為一體,難道還有什么需要不能滿足嗎?
拋開技術(shù)的因素,對于用戶而言,一套軟件即可實現(xiàn)所有的應(yīng)用需求,這降低工程師的學(xué)習(xí)成本,也作為一個平臺,為用戶提供了長期持續(xù)創(chuàng)新的軟件平臺基礎(chǔ)。
2.3 Matlab/Simulink風(fēng)力發(fā)電控制器代碼自動生成
風(fēng)能利用是一個系統(tǒng)工程,涉及到了氣象學(xué)、流體力學(xué)、固體力學(xué)、電力電子、機械工程、材料工程等多種學(xué)科和專業(yè),許多部件都能建立起相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,而MATLAB是建模、仿真的常用工具軟件,貝加萊的Automation Studio中集成了Matlab/SIMULINK的接口,這將大大減少工程設(shè)計人員的編程調(diào)試時間,降低現(xiàn)場調(diào)試費用。
從2008年開始,B&R與Mathworks建立了深度的合作關(guān)系,采用MATLAB/SIMULINK工具,提供針對電力行業(yè)的模型構(gòu)建、仿真分析與代碼生成設(shè)計。
2.3.1基于建模的系統(tǒng)設(shè)計
控制系統(tǒng)設(shè)計是基于數(shù)學(xué)建模的,這是所有工程應(yīng)用的目標(biāo)和基礎(chǔ)理論,而Matlab正是提供了建模設(shè)計架構(gòu)上的系統(tǒng)仿真和分析。
通過SIMULINK,建立模型就如同裝配物理系統(tǒng)本身一樣,模型中的組件就像實際的物理線路連接一樣方便,這些物理連接代表理想的傳導(dǎo)路徑,通過這個方法,可描述系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu),而無需推導(dǎo)和實現(xiàn)用于系統(tǒng)的方程,模型與原理圖非常相似,從模型中,SIMULINK可自動構(gòu)造描述系統(tǒng)運行的微分代數(shù)方程,這些方程可與其它方程集成在一起。例如你可以定義線性和飽和變壓器、避雷器和斷路器以及輸電線路的模型,勵磁、液壓和風(fēng)力渦輪機組,以及電力電子單元的GTO、IGBT模型,對于控制和測量單元的電壓、電流、阻抗測量,RMS測量,有功和無功功率的計算,以及abc-to dq0及dq0到abc的轉(zhuǎn)換,三相單元的RPL負(fù)載、同步或異步發(fā)電機,電動機分析和測量工具均可以被組件形式建立模型,并通過SIMULINK來連接。
利用SIMULINK可以為風(fēng)力發(fā)電機組建立控制系統(tǒng)模型
2.3.2 SIMULINK的電力應(yīng)用分析能力
SIMULINK里包含了柔性輸電系統(tǒng)向量模型、風(fēng)力渦輪的向量模型、電機的直接轉(zhuǎn)矩控制和磁場定向控制模型等。SIMULINK為電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)提供了三種解決方案,以及一種理想的切換算法,可通過高頻切換提升系統(tǒng)的仿真性能。在 Simulink中使用變步積分算法來執(zhí)行高度精確的電力系統(tǒng)模型仿真。其中一些積分算法可處理在實際電力系統(tǒng)建模中常遇到的數(shù)值剛性系統(tǒng)。
SIMULINK提供的零點穿越檢測功能,能以十分精確的機器精度檢測并求解不連續(xù)過程。離散仿真采用固定步長梯形積分法來仿真系統(tǒng),特別適合帶電力電子設(shè)備的電力系統(tǒng)模型。該模式還有助于實現(xiàn)模型的實時執(zhí)行。向量仿真則采用一組固定頻率代數(shù)。
2.3.3 代碼自動生成
通過MATLAB/Simulink,系統(tǒng)建模的控制器代碼可以被生成,并經(jīng)過優(yōu)化成為真正可用的程序,而這些強大的功能也被集成到了Automation Studio中,對于開發(fā)風(fēng)電控制系統(tǒng)而言,這無疑是一種非常好的選擇。
2.3.4 貝加萊仿真模型的合作伙伴---德國風(fēng)能研究所(ISET)
ISET成立于1988年,是一家同Kassel大學(xué)合作的德國非營利性研究所。主要從事可再生能源戰(zhàn)略應(yīng)用方面的項目研發(fā),目前有75%的員工集中于風(fēng)電領(lǐng)域的項目研發(fā),大型風(fēng)電場的并網(wǎng)是其中一個重要研究內(nèi)容;他在風(fēng)機模型方面也積累了豐富的知識和經(jīng)驗,貝加萊在2007年進入風(fēng)電領(lǐng)域之初,就和ISET建立起了合作關(guān)系,通過ISET的支持,我們可以很快的對某一風(fēng)機建立起真實、準(zhǔn)確的仿真模型,并且通過MATLAB/Simulink接口,直接導(dǎo)入Automation Studio,在開發(fā)階段就可完成大部分的參數(shù)診定、程序測試等工作,并且通過這個模型可以自動生成變槳、扭矩控制算法。
3 基于B&R系統(tǒng)的風(fēng)電解決方案
在風(fēng)電領(lǐng)域,貝加萊可提供包括風(fēng)電場全場監(jiān)控系統(tǒng)(APROL)、風(fēng)機主控系統(tǒng)(X20)、單機SCADA系統(tǒng)(JAVA)等全套解決方案。
3.1 APROL風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)
3.1.1 監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成
APROL系統(tǒng)是一套早在1983年就推出的DCS系統(tǒng),它充分利用了近年來計算機、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字通訊技術(shù)的發(fā)展,結(jié)合工控各行業(yè)的工藝要求,目前已在石油天然氣、石化、化學(xué)工業(yè)、電力能源、環(huán)保、軌道交通、冶金、建材等工控各個領(lǐng)域有了大量的應(yīng)用。
目前APROL最新版本是3.6版,它充分吸收了其它家DCS系統(tǒng)的眾多優(yōu)勢,如系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性、良好的用戶界面、豐富的庫函數(shù)等,同時也克服了傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)的諸多不足,具有系統(tǒng)靈活開放、高效的開發(fā)環(huán)境等特點。
風(fēng)力發(fā)電場相當(dāng)于一個具有多個有功功率和無功功率可調(diào)并實時變化的發(fā)電單元的系統(tǒng),風(fēng)力發(fā)電場及其各個風(fēng)力發(fā)電機組是一種整體與部分、宏觀與微觀的關(guān)系。因此,在單臺風(fēng)機控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,設(shè)計合適的風(fēng)電場級的DCS系統(tǒng),監(jiān)測風(fēng)電場內(nèi)各臺風(fēng)機的運行數(shù)據(jù),通過歷史運行數(shù)據(jù)預(yù)測未來不同時段風(fēng)電場的功率變化,并根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度指令調(diào)節(jié)風(fēng)電場的有功功率和無功功率輸出,以保證風(fēng)電場安全、穩(wěn)定、符合要求地運行。除風(fēng)力發(fā)電機組之外,風(fēng)電場DCS系統(tǒng)可以兼容或接入風(fēng)電場的升壓變電站、氣象觀測站的監(jiān)控系統(tǒng),提高風(fēng)電場監(jiān)控的集成度。
與傳統(tǒng)的風(fēng)電場中央監(jiān)控系統(tǒng)相比,APROL風(fēng)電場DCS系統(tǒng)將由以下三個功能組成部分:
(1)實時監(jiān)控(SCADA)
(2)能量調(diào)度與管理(PDM)
(3) 功率預(yù)測管理(PFM)
風(fēng)力發(fā)電場相當(dāng)于一個具有多個有功功率和無功功率可調(diào)并實時變化的發(fā)電單元的系統(tǒng),風(fēng)力發(fā)電場及其各個風(fēng)力發(fā)電機組是一種整體與部分、宏觀與微觀的關(guān)系。因此,在單臺風(fēng)機控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,設(shè)計合適的風(fēng)電場級的DCS系統(tǒng),監(jiān)測風(fēng)電場內(nèi)各臺風(fēng)機的運行數(shù)據(jù),通過歷史運行數(shù)據(jù)預(yù)測未來不同時段風(fēng)電場的功率變化,并根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度指令調(diào)節(jié)風(fēng)電場的有功功率和無功功率輸出,以保證風(fēng)電場安全、穩(wěn)定、符合要求地運行。除風(fēng)力發(fā)電機組之外,風(fēng)電場DCS系統(tǒng)可以兼容或接入風(fēng)電場的升壓變電站、氣象觀測站的監(jiān)控系統(tǒng),提高風(fēng)電場監(jiān)控的集成度。
與傳統(tǒng)的風(fēng)電場中央監(jiān)控系統(tǒng)相比,APROL風(fēng)電場DCS系統(tǒng)將由以下三個功能組成部分:
(1)實時監(jiān)控(SCADA)
(2)能量調(diào)度與管理(PDM)
(3) 功率預(yù)測管理(PFM)
3.1.2 監(jiān)控范圍
在B&R的系統(tǒng)中,遠(yuǎn)程維護不僅僅代表在軟硬件意義上可以有靈活的實現(xiàn),而且也包含了:
(1)針對各種參數(shù)的監(jiān)控
不僅僅是電流、電壓,事實上在風(fēng)力發(fā)電場的每個參數(shù),各個傳感器的輸入、I/O模塊、CPU、甚至軟件中的中間變量都可以被遠(yuǎn)程監(jiān)控到。
(2)運行分析
通過靈活的軟件平臺,B&R也能為風(fēng)力發(fā)電場提供整場運行的數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ),包括設(shè)備維護、根源分析等管理級任務(wù),這個可以由B&R APROL DCS系統(tǒng)來完成,貝加萊提供了不僅僅是整機控制、監(jiān)控、也提供面向整場的管理級服務(wù)。
3.2 風(fēng)機主控系統(tǒng)
MW級風(fēng)機主控系統(tǒng)的典型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
3.2.1 X20分布式控制系統(tǒng)
在風(fēng)機主控系統(tǒng)中貝加萊主要采用了開放性好、集成度高、配置靈活、性能突出的X20分布式系統(tǒng),X20系統(tǒng)基于PC-Based技術(shù),CPU單元采用最新的Intel Celeron處理器,最快的循任務(wù)環(huán)周期可達200 μs;且所有CPU單元都標(biāo)配了USB、RS232以及以太網(wǎng)接口,支持各類主流的現(xiàn)場總線技術(shù),如Profibus-dp,Modbus/tcp,Canopen等;主CPU、I/O站以及安全系統(tǒng)間均采用Ethernet powerlink工業(yè)實時以太網(wǎng),各I/O模塊采集到的信號可以實時到傳送到主CPU進行條件判斷及處理;此外變流器設(shè)備、變槳系統(tǒng)、智能傳感器、CMS系統(tǒng)均可以通過通訊的方式實時采集到主CPU中;對上位軟件方面,X20系統(tǒng)也提供了豐富開放的接口:OPC、Dll、web、ftp等。以上所有的配置及調(diào)試均在AS3.0--一個統(tǒng)一的開發(fā)平臺下完成。
X20系統(tǒng)中還具備了一些時候風(fēng)機控制系統(tǒng)的特殊模塊,如測量有功、無功、相位角的X2OCM0985電力測量模塊;帶有示波器功能的AI/AO模塊;光纖中繼器模塊:X20BH模塊;PWM輸出模塊:針對逆變器的控制的專用模塊等。
X20CM0985電力測量與并網(wǎng)同步專家模塊
3.2.2 風(fēng)機主控軟件包(WTC Package)——核心軟件包
風(fēng)機主控軟件包是由貝加萊公司資深算法工程師、軟件工程師組成的研發(fā)小組,在分析和消化了目前的一些風(fēng)機控制軟件的設(shè)計,歷時2年所完成的一套軟件包,目前已有部分國內(nèi)外客戶在使用該軟件包,獲得了很好的使用反饋,以下幾點是該軟件包的設(shè)計理念:
(1)基于 標(biāo)準(zhǔn)化IEC61131-3語言開發(fā):結(jié)構(gòu)化文本(Structured text)
(2)軟件結(jié)構(gòu)由一些小部分組成并接口清晰(模塊化結(jié)構(gòu)):
l 便于添加/修改/移除單個部分
l 便于維護
l 便于測試
l 測試過部分代碼的復(fù)用
l 適用與多種機型(雙饋、直驅(qū))
(3)軟件修改和下載無需重啟
(4)集成完整的 I/O 診斷 – 可以運行時維護
(5)高度參數(shù)化 – 參數(shù)修改不會引起跳變
利用模塊化的結(jié)構(gòu),再加上貝加萊產(chǎn)品的定性分時多任務(wù)系統(tǒng)以及集成AS開發(fā)平臺,可以快速的完整一套風(fēng)機系統(tǒng)的主控軟件設(shè)計與開發(fā)工作,這一方案的優(yōu)勢在國內(nèi)外幾個合作項目中都得到了很好的體現(xiàn)。
3.2.3 風(fēng)機單機SCADA系統(tǒng)(基于Java技術(shù))
風(fēng)機單機的SCADA系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下幾類功能
(1) 風(fēng)機整機和各部件的實時數(shù)據(jù)信息
狀態(tài)信息 ▪ 溫度信息 ▪ 轉(zhuǎn)速信息▪ 電氣信息▪ 環(huán)境信息
(2)風(fēng)機各項統(tǒng)計數(shù)據(jù)信息
10分鐘平均數(shù)據(jù) ▪ 事件數(shù)據(jù)▪ 分析數(shù)據(jù)
(3)風(fēng)機控制
停機、開機、復(fù)位、維護 、參數(shù)設(shè)定 ▪ 有功功率調(diào)節(jié) ▪ 無功功率調(diào)節(jié)
基于上述需求,開發(fā)了基于web技術(shù)的開放式單機SCADA系統(tǒng),除了主控柜上的HMI可以顯示和操作此界面外,任何一臺可以連接到主控PLC的計算機通過IE即可調(diào)用出此界面,實現(xiàn)瘦客戶端的SCADA系統(tǒng),通過最新的IT技術(shù)實現(xiàn)了遠(yuǎn)程維護和管理功能,其主界面如下圖所示。
3.2.4風(fēng)機仿真模型
如前所述,在獲得客戶提供的一系列有關(guān)機組的具體參數(shù)后(貝加萊會提供參數(shù)列表),貝加萊可根據(jù)這些參數(shù)提供出一套基于MATLAB/Simulink技術(shù)的仿真模型,該模型將以可運行在AS中的庫函數(shù)形式提供,同時有該模型還將自動生成和此機型有關(guān)系的變槳扭矩控制器,通過這樣的模型,可以直接對主控程序進行仿真調(diào)試。
3.2.5風(fēng)電安全系統(tǒng)
風(fēng)機的安全鏈設(shè)計中可通過安全繼電器回路或者集成式的安全模塊兩種方式來實現(xiàn),兩種模式均各有特點,但集成式的安全系統(tǒng)無疑是未來的趨勢。
B&R safety技術(shù)是目前運行最高效率的安全系統(tǒng),并且有完整的產(chǎn)品線如Safetylogic 、Safety I/O,Safety Motion、Powerlink Safety,滿足SIL 3級別的設(shè)計,安全邏輯的掃描周期為1ms,是目前刷新最快的Safety Logic產(chǎn)品,B&R SafetyLogic是基于POWERLINK實時通信技術(shù)而設(shè)計的,通過將系統(tǒng)中關(guān)鍵的邏輯如強風(fēng)、惡劣天氣,機組的狀態(tài)變化如葉輪過速、扭纜、電源失效、制動和操作人員的緊急按鈕動作等通過黃色的X20 Safety I/O輸入到系統(tǒng)中,而Safetylogic控制器作為一個POWERLINK Controlled Node來運行,只有在Safety邏輯對應(yīng)的I/O動作時才引發(fā)一個安全邏輯的執(zhí)行過程(這些過程依據(jù)引發(fā)安全的源而設(shè)計為不同),Safetylogic是獨立于標(biāo)準(zhǔn)控制單元的。
如主控系統(tǒng)拓?fù)鋱D所示,貝加萊的方案可采用集成的安全系統(tǒng),所有安全模塊可安裝在系統(tǒng)的任何一處。同時B&R Automation Studio工具包支持PLCopen的Safety庫應(yīng)用,支持20種開放的PLCopenSafety功能塊,對于風(fēng)力發(fā)電這樣牽扯到嚴(yán)格的機組安全的應(yīng)用而言,它不僅高效、完整的并且開放,易于構(gòu)建安全邏輯。
3.2.6 遠(yuǎn)程診斷和維護
(1)遠(yuǎn)程維護是系統(tǒng)必需的設(shè)計
對于風(fēng)力發(fā)電機組而言,遠(yuǎn)程監(jiān)控?zé)o疑至關(guān)重要,因為,風(fēng)力發(fā)電機組的安裝往往是在海邊、山谷風(fēng)口、沙漠隔壁這樣的遠(yuǎn)離市區(qū)的地方,因為,只有這些地方才能提供較大的風(fēng)力資源。如果一套系統(tǒng)能夠提供豐富的遠(yuǎn)程維護和監(jiān)控手段,將大大降低風(fēng)機的調(diào)試及維護成本,而貝加萊的方案在這方面為客戶提供了多樣的選擇。
(2)多種遠(yuǎn)程維護方案
遠(yuǎn)程診斷與維護提供了維護風(fēng)電場設(shè)備和系統(tǒng)的便捷方案,在B&R系統(tǒng)中,實現(xiàn)遠(yuǎn)程方案靈活并且能夠不增加或很少的成本即可。
l 基于VNC Server的遠(yuǎn)程維護
在B&R的HMI和Controller中,VNC Server和Web Server只需配置即可,這是一個軟件功能塊形式存在的,無需增加任何成本,并且,VNC Server的監(jiān)控軟件是免費的可獲得的,不僅提供完全現(xiàn)場監(jiān)控級的權(quán)限,也能夠提供參數(shù)修改和設(shè)置的能力。
l Web Server則提供了基于Internet遠(yuǎn)程訪問的能力
通過Windows自帶的IE瀏覽器即可實現(xiàn)對遠(yuǎn)程主機的數(shù)據(jù)監(jiān)控,包括CPU運行、當(dāng)前I/O參數(shù)等。此外基于JAVA的單機scada系統(tǒng)也可通過IE來做訪問。
l FTP Server提供了遠(yuǎn)程的程序傳輸能力
通過FTP Server程序的修改可以由本地PC完成后經(jīng)由Internet遠(yuǎn)程下載到控制器中。
l SNMP則提供了電子郵件發(fā)送數(shù)據(jù)的可能
E-mail可以傳送如現(xiàn)場數(shù)據(jù)、報警信息等到監(jiān)控端的電子信箱中。
l GSM支持則使得關(guān)鍵數(shù)據(jù)可以通過手機MMS短信形式在最快的時間里發(fā)送到監(jiān)控工程師的手機上,以便及時的對現(xiàn)場問題采取措施。
4 結(jié)束語
如今,貝加萊的WTC風(fēng)電控制包已經(jīng)在多家風(fēng)電設(shè)備制造商的(約數(shù)百臺)設(shè)備上運行,且穩(wěn)定可靠,同時還滿足了客戶批量化生產(chǎn)、調(diào)試以及代碼復(fù)用、移植等需求。
WTC不僅僅是一個軟件包,更重要的它也是一個平臺,對于自主研發(fā)控制系統(tǒng)的風(fēng)機制造商而言,WTC的模塊化設(shè)計為風(fēng)機廠商依據(jù)自身需求而調(diào)整設(shè)備的控制提供了極大的便利,這得益于WTC的開放性代碼設(shè)計。在這個基礎(chǔ)平臺上,風(fēng)機廠商可以根據(jù)需要增加和減少組件以適應(yīng)各種應(yīng)用環(huán)境的需求。
WTC滿足了自主研發(fā)風(fēng)電主控平臺的需求,使得國內(nèi)風(fēng)電制造商可以憑此快速掌握風(fēng)機控制的核心技術(shù),為長遠(yuǎn)的技術(shù)發(fā)展奠定基礎(chǔ),并在未來的國際競爭中處于領(lǐng)先位置。
責(zé)任編輯:和碩涵
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