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倍福中國風電技術(shù)工程師 李小寧

“工業(yè)4.0”時代，智能化是制造業(yè)發(fā)展的方向，自動化軟件作為信息化和工業(yè)化相融合的重要支撐，將在未來制造業(yè)的發(fā)展中起著不可替代的作用。德國倍福自動化有限公司（以下簡稱倍福）始終以基于PC的自動化新技術(shù)作為發(fā)展理念，將創(chuàng)新精神融入軟硬件的全系列產(chǎn)品，為客戶提供開放式的自動化系統(tǒng)和完整的解決方案。

據(jù)倍福中國風電技術(shù)工程師李小寧介紹，德國倍福的自動化軟件是在倍福硬件產(chǎn)品的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，如今已是倍福重要的業(yè)務領(lǐng)域。其軟件業(yè)務依據(jù)行業(yè)的實際應用來分類，每個行業(yè)都有一套完整的基于倍福TwinCAT軟件平臺衍生的行業(yè)應用軟件系統(tǒng)，具體行業(yè)具體分析，以求為行業(yè)用戶提供全方位的自動化軟件服務。

目前倍福的自動化軟件主要應用在金屬加工、注塑機械、機器人、風力發(fā)電等行業(yè)，其產(chǎn)品得到了市場的肯定，用戶的青睞?；赥winCAT 3平臺開發(fā)的風電主控軟件框架TwinCAT WindFramework是一套完整的風電主控系統(tǒng)軟件解決方案，它有如下多方面的特色優(yōu)勢：

（1）采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想，重新構(gòu)架主控軟件系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)可以完全獨立，將子系統(tǒng)間的耦合降到最低，不僅可以提高軟件開發(fā)效率，還會降低軟件的維護成本；

（2）軟件系統(tǒng)基于倍福多核硬件平臺，可以靈活地自定義各個子系統(tǒng)到指定內(nèi)核運行，從而提高系統(tǒng)運行性能；

（3）軟件框架可以運行在x86或x64操作系統(tǒng)中，具有靈活的用戶接口，這為開發(fā)和使用人員提供了極大的便利；

（4）基于該框架用戶可以靈活選用C/C++、Matlab、PLC等編程語言實現(xiàn)主控程序，在TwinCAT 3強大的開發(fā)環(huán)境中進行代碼調(diào)試和故障診斷等操作；

（5）采用SQL Server數(shù)據(jù)庫存儲用戶定義的所有風機運行數(shù)據(jù)，為大數(shù)據(jù)和云計算提供了完整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和靈活的調(diào)用接口。該軟件一經(jīng)推出便受到廣大客戶的推崇，目前已經(jīng)在大兆瓦級的風機上得到成功應用。

產(chǎn)品與服務一直如影相隨，倍福會為自己的客戶提供哪些自動化軟件服務？李小寧告訴記者：“倍福為客戶提供售前方案、售中技術(shù)培訓、售后技術(shù)支持和維護等全方位的技術(shù)支持和服務，協(xié)助客戶快速解決使用Beckhoff產(chǎn)品和系統(tǒng)時遇到的各種技術(shù)問題。為及時滿足客戶需求，提高公司服務品質(zhì)，公司成立了專業(yè)的技術(shù)支持和售后服務團隊，為客戶提供產(chǎn)品全生命周期的技術(shù)支持和售后服務。”

李小寧分析，在“工業(yè)4.0”的大環(huán)境下，自動化軟件成為行業(yè)焦點，引領(lǐng)自動化產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展。倍福基于PC的實時控制理念、軟件業(yè)務未來的發(fā)展方向與“工業(yè)4.0”完全契合，相信未來倍福的自動化軟件將極具發(fā)展前景。

成功案例分享

Beckhoff TwinCAT3 軟件在5MW風機主控系統(tǒng)中的應用

全新模塊化 TwinCAT Wind Framework為靈活的系統(tǒng)方案設(shè)計提供巨大幫助

1　背景介紹

德國Aerodyn Energiesysteme公司主要從事風力發(fā)電機和葉片開發(fā)，其產(chǎn)品基于模塊化aeroMaster技術(shù)，能夠滿足高發(fā)電量和高運行安全的要求。其與中國系統(tǒng)制造商運達合作的5MW海上風力發(fā)電機是首套采用TwinCAT 3軟件并使用TwinCAT WindFramework的aeroMaster系統(tǒng)。

與中國系統(tǒng)制造商運達合作的5MW海上風力發(fā)電機是首套采用TwinCAT 3軟件并使用TwinCAT Wind Framework的aeroMaster系統(tǒng)

2　應用情況

在5MW風力發(fā)電機組樣機中，Aerodyn采用了最新的控制和軟件技術(shù)，包括倍福的全面基于PC的控制解決方案和全新的模塊化TwinCAT Wind Framework。TwinCAT Wind Framework采用了最新的軟件工程界面和面向大數(shù)據(jù)的應用，使當前的工業(yè)4.0概念擴展到風電行業(yè)中。例如，模塊化軟件支持直接將傳感器數(shù)據(jù)提供給運營商數(shù)據(jù)庫，并且能夠輕松與風力發(fā)電機運行控制和管理系統(tǒng)匹配，以滿足未來需求。

5MW風機需要大量的控制技術(shù)，電氣部分包括三個控制柜：

塔基控制柜包含運行控制系統(tǒng)、可視化系統(tǒng)、基于TwinSAFE的安全系統(tǒng)，以及與風場中央控制室進行通訊的風場通訊系統(tǒng)，該通訊系統(tǒng)被設(shè)計為一個EtherCAT從站，這為新的應用拓展做好了準備。

機艙控制柜管理所有機艙和輪轂傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，以及變槳控制和驅(qū)動器。

變流器柜也安裝在機艙中，里面安裝了風扇和變頻器，以及方位角控制器。

塔基控制柜內(nèi)安裝了整個控制系統(tǒng)的核心——一臺采用 Intel?Core?i7 技術(shù)的Beckhoff CX2030嵌入式控制器，它可以完全獨立地實現(xiàn)一切控制，并且不能被遠程訪問?？梢员贿h程訪問的是一臺Beckhoff工業(yè)PC-C6930，它采用了Intel? Core?i5處理器，并配備了256GB固態(tài)硬盤。為了提供一個遠程維護接入點，使用一臺Beckhoff CP2915 15英寸控制面板實現(xiàn)監(jiān)測和可視化功能。伴隨大容量固態(tài)硬盤的是一套功能強大的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，對此，Aerodyn公司總經(jīng)理Markus Rees說道：“由于大量的數(shù)據(jù)記錄對于樣機來說非常重要，因此必須采集比正常運行中需求數(shù)據(jù)量多很多的數(shù)據(jù)。機艙控制柜中用于可視化目的的工業(yè)PC和控制面板僅用于該樣機，常規(guī)的風力發(fā)電機將不會使用?！?/p>

基于PC的控制解決方案的靈活性帶來許多優(yōu)勢，從Beckhoff寬泛的I/O模塊產(chǎn)品線受益頗多，408個數(shù)據(jù)點的采集，通過218 個EtherCAT數(shù)字量I/O模塊、9個CAN 主站模塊、2個RS485模塊、31個IO-Link端子模塊、5個編碼器模塊和2個電力測量模塊實現(xiàn)。此外，33個TwinSAFE端子模塊用于人員和設(shè)備安全系統(tǒng)控制，其功能包括緊急關(guān)機、超速保護、振動保護和位置限定等。實踐證明，TwinSAFE是非常適用于風力發(fā)電機的安全解決方案，因為通過標準的EtherCAT實現(xiàn)的TwinSAFE通訊系統(tǒng)可以長距離處理通訊任務，比如使用光纖電纜。由于所有安全數(shù)據(jù)都可以在控制器中自動提供，無需任何額外的硬件，所以系統(tǒng)集成也很容易。

EtherCAT已經(jīng)在風電應用中證明了它的價值，這不僅是因為它可以輕松完成塔基和機艙間長距離數(shù)據(jù)傳輸（這個距離通常要超過100米），更重要的是線路冗余和可以幫助輕松實現(xiàn)故障排除的深度診斷功能。所有這些功能的結(jié)合為風力發(fā)電機組核心部件提供了高性能的通訊能力。甚至風場通訊也可無縫接入，這在不久前安裝樣機中已經(jīng)實現(xiàn)。

3　效果分析

Aerodyn公司的aeroMaster 5.0是首臺采用TwinCAT 3軟件TwinCAT Wind Framework的風力發(fā)電機，風力發(fā)電機的硬件設(shè)計通常是模塊化形式，包括變槳系統(tǒng)、變流器、不同廠商的發(fā)電機等。借助封裝入模塊的Beckhoff控制技術(shù)和風電專業(yè)經(jīng)驗，以及面向風電應用的專業(yè)模板，TwinCAT 3 Wind Framework與硬件模塊可以實現(xiàn)完美的結(jié)合。TcWind模塊包含風力發(fā)電機自動化控制所需的豐富功能，所有數(shù)據(jù)都可以實時訪問，并可以進行長期的數(shù)據(jù)庫管理。應用模板提供了一個能夠快速和高效實現(xiàn)工程設(shè)計的模塊化架構(gòu)。

Aerodyn充分利用了TwinCAT 3的優(yōu)勢，為了確定極端和常規(guī)運行時的載荷，可以將控制器中風機仿真算法輕松地從源代碼封裝入C++模塊。此外在集成工程界面VisualStudio?和源代碼管理工具Subversion的幫助下，德國與中國的工程師的協(xié)作也變得更加容易。

TwinCAT 3軟件在運達5MW風機主控系統(tǒng)中的應用，是倍福在風電行業(yè)應用的一大亮點，該主控系統(tǒng)采用了完整的倍福風電解決方案，將是未來海上風電的發(fā)展方向。

摘自《自動化博覽》2015年11月刊