倍福中國風(fēng)電技術(shù)工程師 李小寧

“工業(yè)4.0”時(shí)代，智能化是制造業(yè)發(fā)展的方向，自動(dòng)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(lái)制造業(yè)的發(fā)展中起著(zhù)不可替代的作用。德國倍福自動(dòng)化有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)倍福）始終以基于PC的自動(dòng)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(hù)提供開(kāi)放式的自動(dòng)化系統和完整的解決方案。

據倍福中國風(fēng)電技術(shù)工程師李小寧介紹，德國倍福的自動(dòng)化軟件是在倍福硬件產(chǎn)品的基礎上發(fā)展而來(lái)，如今已是倍福重要的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。其軟件業(yè)務(wù)依據行業(yè)的實(shí)際應用來(lái)分類(lèi)，每個(gè)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，具體行業(yè)具體分析，以求為行業(yè)用戶(hù)提供全方位的自動(dòng)化軟件服務(wù)。

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

（1）采用面向對象的設計思想，重新構架主控軟件系統，各個(gè)子系統的設計和開(kāi)發(fā)可以完全獨立，將子系統間的耦合降到最低，不僅可以提高軟件開(kāi)發(fā)效率，還會(huì )降低軟件的維護成本；

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

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

（4）基于該框架用戶(hù)可以靈活選用C/C++、Matlab、PLC等編程語(yǔ)言實(shí)現主控程序，在TwinCAT 3強大的開(kāi)發(fā)環(huán)境中進(jìn)行代碼調試和故障診斷等操作；

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

產(chǎn)品與服務(wù)一直如影相隨，倍福會(huì )為自己的客戶(hù)提供哪些自動(dòng)化軟件服務(wù)？李小寧告訴記者：“倍福為客戶(hù)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(wù)，協(xié)助客戶(hù)快速解決使用Beckhoff產(chǎn)品和系統時(shí)遇到的各種技術(shù)問(wèn)題。為及時(shí)滿(mǎn)足客戶(hù)需求，提高公司服務(wù)品質(zhì)，公司成立了專(zhuān)業(yè)的技術(shù)支持和售后服務(wù)團隊，為客戶(hù)提供產(chǎn)品全生命周期的技術(shù)支持和售后服務(wù)?！?/p>

李小寧分析，在“工業(yè)4.0”的大環(huán)境下，自動(dòng)化軟件成為行業(yè)焦點(diǎn)，引領(lǐng)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的未來(lái)發(fā)展。倍?；赑C的實(shí)時(shí)控制理念、軟件業(yè)務(wù)未來(lái)的發(fā)展方向與“工業(yè)4.0”完全契合，相信未來(lái)倍福的自動(dòng)化軟件將極具發(fā)展前景。

成功案例分享

Beckhoff TwinCAT3 軟件在5MW風(fēng)機主控系統中的應用

全新模塊化 TwinCAT Wind Framework為靈活的系統方案設計提供巨大幫助

1　背景介紹

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

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

2　應用情況

在5MW風(fēng)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據的應用，使當前的工業(yè)4.0概念擴展到風(fēng)電行業(yè)中。例如，模塊化軟件支持直接將傳感器數據提供給運營(yíng)商數據庫，并且能夠輕松與風(fēng)力發(fā)電機運行控制和管理系統匹配，以滿(mǎn)足未來(lái)需求。

5MW風(fēng)機需要大量的控制技術(shù)，電氣部分包括三個(gè)控制柜：

塔基控制柜包含運行控制系統、可視化系統、基于TwinSAFE的安全系統，以及與風(fēng)場(chǎng)中央控制室進(jìn)行通訊的風(fēng)場(chǎng)通訊系統，該通訊系統被設計為一個(gè)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行機構，以及變槳控制和驅動(dòng)器。

變流器柜也安裝在機艙中，里面安裝了風(fēng)扇和變頻器，以及方位角控制器。

塔基控制柜內安裝了整個(gè)控制系統的核心——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(shí)現一切控制，并且不能被遠程訪(fǎng)問(wèn)?？梢员贿h程訪(fǎng)問(wèn)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(pán)。為了提供一個(gè)遠程維護接入點(diǎn)，使用一臺Beckhoff CP2915 15英寸控制面板實(shí)現監測和可視化功能。伴隨大容量固態(tài)硬盤(pán)的是一套功能強大的數據存儲系統，對此，Aerodyn公司總經(jīng)理Markus Rees說(shuō)道：“由于大量的數據記錄對于樣機來(lái)說(shuō)非常重要，因此必須采集比正常運行中需求數據量多很多的數據。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，常規的風(fēng)力發(fā)電機將不會(huì )使用?！?/p>

基于PC的控制解決方案的靈活性帶來(lái)許多優(yōu)勢，從Beckhoff寬泛的I/O模塊產(chǎn)品線(xiàn)受益頗多，408個(gè)數據點(diǎn)的采集，通過(guò)218 個(gè)EtherCAT數字量I/O模塊、9個(gè)CAN 主站模塊、2個(gè)RS485模塊、31個(gè)IO-Link端子模塊、5個(gè)編碼器模塊和2個(gè)電力測量模塊實(shí)現。此外，33個(gè)TwinSAFE端子模塊用于人員和設備安全系統控制，其功能包括緊急關(guān)機、超速保護、振動(dòng)保護和位置限定等。實(shí)踐證明，TwinSAFE是非常適用于風(fēng)力發(fā)電機的安全解決方案，因為通過(guò)標準的EtherCAT實(shí)現的TwinSAFE通訊系統可以長(cháng)距離處理通訊任務(wù)，比如使用光纖電纜。由于所有安全數據都可以在控制器中自動(dòng)提供，無(wú)需任何額外的硬件，所以系統集成也很容易。

EtherCAT已經(jīng)在風(fēng)電應用中證明了它的價(jià)值，這不僅是因為它可以輕松完成塔基和機艙間長(cháng)距離數據傳輸（這個(gè)距離通常要超過(guò)100米），更重要的是線(xiàn)路冗余和可以幫助輕松實(shí)現故障排除的深度診斷功能。所有這些功能的結合為風(fēng)力發(fā)電機組核心部件提供了高性能的通訊能力。甚至風(fēng)場(chǎng)通訊也可無(wú)縫接入，這在不久前安裝樣機中已經(jīng)實(shí)現。

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(fēng)力發(fā)電機，風(fēng)力發(fā)電機的硬件設計通常是模塊化形式，包括變槳系統、變流器、不同廠(chǎng)商的發(fā)電機等。借助封裝入模塊的Beckhoff控制技術(shù)和風(fēng)電專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗，以及面向風(fēng)電應用的專(zhuān)業(yè)模板，TwinCAT 3 Wind Framework與硬件模塊可以實(shí)現完美的結合。TcWind模塊包含風(fēng)力發(fā)電機自動(dòng)化控制所需的豐富功能，所有數據都可以實(shí)時(shí)訪(fǎng)問(wèn)，并可以進(jìn)行長(cháng)期的數據庫管理。應用模板提供了一個(gè)能夠快速和高效實(shí)現工程設計的模塊化架構。

Aerodyn充分利用了TwinCAT 3的優(yōu)勢，為了確定極端和常規運行時(shí)的載荷，可以將控制器中風(fēng)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(fēng)機主控系統中的應用，是倍福在風(fēng)電行業(yè)應用的一大亮點(diǎn)，該主控系統采用了完整的倍福風(fēng)電解決方案，將是未來(lái)海上風(fēng)電的發(fā)展方向。

摘自《自動(dòng)化博覽》2015年11月刊