The Challenge:

　　改進(jìn)西門(mén)子風(fēng)力渦輪控制系統軟件定期發(fā)布的自動(dòng)化測試，驗證開(kāi)發(fā)階段中的風(fēng)力渦輪控制系統組件。

　　The Solution:

　　使用NI TestStand、LabVIEW實(shí)時(shí)模塊、LabVIEW FPGA模塊和NI PXI平臺創(chuàng )建用于西門(mén)子風(fēng)力渦輪控制系統的嵌入式控制軟件發(fā)布的硬件在環(huán)（HIL）測試系統。

　　"模塊化體系結構讓我們可以擴展系統，滿(mǎn)足快速變化的風(fēng)能技術(shù)不斷增長(cháng)的需求。"

　　測試控制系統軟件

　　風(fēng)力渦輪系統由多個(gè)組件組成，包括電機、齒輪、整流器和變壓器變換器，用于將動(dòng)力學(xué)風(fēng)能轉化為電能。

圖1：風(fēng)力渦輪組件

　　控制系統將這些組件通過(guò)數百個(gè)I/O信號和多個(gè)通信協(xié)議連接在一起?？刂葡到y中最復雜的部分是執行控制循環(huán)的嵌入式控制軟件。

　　由于我們的軟件開(kāi)發(fā)者定期發(fā)布控制器的軟件新版本，我們需要測試軟件，驗證這些軟件將會(huì )在風(fēng)力站的環(huán)境下可靠執行。在每個(gè)軟件發(fā)布時(shí)，我們在現場(chǎng)使用軟件之前，需要先在工廠(chǎng)接受性能測試。這個(gè)全新的測試系統讓我們能夠自動(dòng)化這個(gè)流程。

　　從過(guò)去系統中學(xué)到的經(jīng)驗

　　我們之前的測試系統是在10年前開(kāi)發(fā)的，它基于另一個(gè)軟件環(huán)境和PCI數據采集板卡。測試系統體系結構和性能無(wú)法滿(mǎn)足我們對全新的測試時(shí)間和擴展性的需求。維護也十分困難，并且不能自動(dòng)化完成有效的測試。它還缺乏對測試結果自動(dòng)生成文檔和測試的可跟蹤性，不提供所需的遠程控制功能。此外，過(guò)去的HIL測試環(huán)境不支持多核處理，因此我們無(wú)法利用最新多核處理器的計算能力。

　　未來(lái)系統的決定

　　在評價(jià)可用的技術(shù)之后，我們選擇了LabVIEW軟件和基于PXI的實(shí)時(shí)現場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）硬件，開(kāi)發(fā)我們全新的測試解決方案。我們相信這個(gè)技術(shù)會(huì )帶來(lái)靈活性和可擴展性，滿(mǎn)足我們未來(lái)的技術(shù)需求。同時(shí)，我們從NI提供的服務(wù)與產(chǎn)品質(zhì)量中，建立了對解決方案的信心。

　　由于我們在測試內部系統中并沒(méi)有深入的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗，我們將開(kāi)發(fā)外包給位于丹麥的CIM Industrial Systems A/S公司。我們選擇CIM Industrial Systems A/S是因為他們具有測試工程能力和歐洲最多的LabVIEW認證架構師。CIM成功開(kāi)發(fā)了這個(gè)項目，我們對得到的服務(wù)感到十分高興。

　　靈活的實(shí)時(shí)測試系統體系結構

　　全新的測試系統通過(guò)在LabVIEW實(shí)時(shí)模塊系統中，運行組件仿真模型，仿真實(shí)時(shí)風(fēng)力渦輪組件的行為，為被測系統提供仿真信號。

圖2：西門(mén)子風(fēng)力測試系統體系結構

　　主計算機包含直觀(guān)的LabVIEW用戶(hù)圖形界面，能夠方便地通過(guò)在面板中移動(dòng)組件進(jìn)行調整。Windows操作系統應用程序與兩個(gè)不兼容實(shí)時(shí)任務(wù)的外部?jì)x器進(jìn)行通信。

圖3：主計算機具有直觀(guān)的LabVIEW用戶(hù)圖形界面。

　　在主計算機上的軟件通過(guò)以太網(wǎng)與位于PXI-1042Q機箱中的LabVIEW實(shí)時(shí)目標進(jìn)行通信。LabVIEW實(shí)時(shí)模塊運行通常包含20到55個(gè)并行執行的仿真DLL的仿真軟件。這個(gè)解決方案能夠調用使用幾乎所有建模環(huán)境開(kāi)發(fā)的用戶(hù)模型，例如NI LabVIEW控制設計與仿真模塊、The MathWorks, Inc. Simulink?軟件或是ANSI C代碼。我們仿真循環(huán)的典型執行速率是24 ms，為滿(mǎn)足未來(lái)處理能力擴展需求提供了大量裕量。

　　用于定制風(fēng)力渦輪協(xié)議和傳感器仿真的FPGA板卡

　　由于缺少現有標準，在風(fēng)力渦輪中使用的定制通信協(xié)議很多。使用基于NI PXI-7833R FPGA多功能RIO模塊和LabVIEW FPGA模塊，我們能夠與這些協(xié)議進(jìn)行通信并仿真。除了協(xié)議交互之外，我們使用這個(gè)設備仿真磁性傳感器和精確三相電壓電流仿真。其他的FPGA板卡與NI 9151 R系列擴展機箱連接，進(jìn)一步提高了系統通道數。

　　全新測試系統的優(yōu)點(diǎn)

　　全新的西門(mén)子風(fēng)力測試系統相比上一代解決方案有許多優(yōu)點(diǎn)。由于系統的模塊化特性，進(jìn)行改進(jìn)、修改和進(jìn)一步開(kāi)發(fā)十分簡(jiǎn)單。被測系統可以在無(wú)需測試系統體系結構任何變化的情況下進(jìn)行快速替換。遠程控制功能和系統的簡(jiǎn)單復制讓我們能夠在需要進(jìn)行擴展時(shí)，靈活地將系統復制到其他站點(diǎn)。

　　仿真器為環(huán)境提供了在實(shí)驗室中高效驗證新軟件發(fā)布和測試特殊解決方案的能力。它還給了我們測試我們正在研究的新技術(shù)和新概念的工具。

　　未來(lái)計劃

　　模塊化體系結構讓我們能夠擴展系統滿(mǎn)足不斷變化的風(fēng)能技術(shù)不斷增長(cháng)的需求。我們計劃將仿真分割為多個(gè)LabVIEW實(shí)時(shí)目標滿(mǎn)足我們未來(lái)的測試需求。我們還打算使用NI TestStand進(jìn)行未來(lái)的自動(dòng)化測試。