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风电控制系统开发平台利器(2)

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2010/9/17 10:06:46   

 关键词:  风电 控制系统 控制器

  (3)革命性的软件设计平台——嵌入SIMULINK工具包
  风力发电系统的设计是一种基于建模(ModelingBased)的控制器设计技术,Mathworks的Matlab/Simulink提供了这一设计需求的模型设计和仿真分析的平台,B&R在2008年与Mathworks建立了战略合作,在B&RAutomationStduio一体化开发平台上集成了MatlabSimulink的工具包,Stateflow和Stateflowcoder是一个基于事件建模的工具和代码生成器,而Real-timeworkshopEmbeddedcoder则提供了为SIMULINK建模进行仿真分析的工具。
  ●无风险和低成本的软件设计:是否需要设计好系统然后再去测试控制器的设计是否满足
  风电机组的各种可能工况的要求?显然,这不是一个经济的方案,因为,即使是普通的印刷机这样的设备进行调试,也要针对不同纸张在不同速度下的测试,往往意味着一卷卷的纸张被消耗在测试过程中,而风电机组?如果这个机器尚未运送到风场的厂内测试没有风力条件怎么办?因为客户并不要求你装好机组到风场去测试,因为,他们买的是一台可以良好运行的机器而不是一个正在不断进行测试的机器,这是问题的所在,而更重要的是,一个控制器的设计用于机组存在巨大的潜在风险-对于风力发电机组而言,风险是实实在在的存在,而不是可能,如何去无风险的并且低成本的设计?
  ●设计理念(HardwareintheLoop):Hardwareintheloop是一种回路硬件测试方法,
  在航空航天、汽车、医药、建筑领域里验证为可行的方案,它能够大大的降低成本,通过回路硬件测试方法,可以在控制器上进行建模,并模拟各种动作,例如:风力发电机组的启动、运行、紧急停车、安全逻辑、当机,通过外部传感器的模拟电流、功率、相位等的变化来进行变桨系统的运动控制和机组的速度调整等等。
  你完全可以构建一个控制器核心,然后外围接入实际的物理硬件,如温度传感器、振动传感器以及电压测量模块等,你可以通过外部传感器的参数的变化来观测所设计的控制软件是否获得实际的输出,这样,你将能够不断发现问题并对控制器的算法和参数进行调整。
  
  
  
  ●设计流程:首先是在AutomationStudio里嵌入的SIMULINK或Stateflow,单元进行机
  组的模型建立,它可以模拟机组的各种传感器和执行机构的物理模型,每个物理的组件都可以被模拟,然后,设计的控制器进行仿真分析,在外部条件变化,例如:转子的速度反馈,功率、相位的反馈都将被输入到控制器,进行控制器的PID调节参数的调整以便获得期望的工作效果,Real-timeWorkshopEmbeddedCoder和StateflowCoder也被嵌入到AutomationStudio中用于代码的自动生成,这些编译的代码将被下载到控制器中被运行,对结果进行反馈,根据反馈对控制器的参数进行优化设计,所有这些最终可以被编译为C代码下载到控制器中,经过如此设计的机组控制软件将被下载到实际的现场进行运行测试,在如此设计基础上的控制器将大大的降低现场测试的环节所需要的时间和成本。
  Stateflow通过开发有限状态机和流程图设计环境来扩展SIMULINK的功能,它采用自然、刻度和易于理解的图形方式来表达复杂的逻辑,结合Matlab/SIMULINK,能够为风力发电这种典型的包含了控制、优先级管理、工作模式切换的应用提供一个非常高效的仿真分析平台。
  Real-TimeWorkshopEmbeddedCoder,在AutomationStudio里嵌入了Real-TimeWorkshop®EmbeddedCoder工具包,它能够为Stateflow模型生成C代码。其生成的代码同专业手写代码一样清楚、高效,并且能够满足以结构紧凑,运行快速为首要需求的嵌入式系统、目标快速原型板、批量生产中使用的微处理器和实时模拟器。这些是风力发电机组控制的典型需求,同时,Real-TimeWorkshop®EmbeddedCoder支持对原有应用程序,函数及数据的集成,这也使得之前的工作得到了保存而不至于时间的浪费
  远程维护是必需的设计
  风电场由于要借助于自然风的发电需求,而这些场所一般都会在野外,例如:达坂城就有国内最大的风力发电场,也是世界最大的,这些地方距离城市非常的遥远,对于出口到国外的整机,远程诊断与维护极其重要,从设备制造角度的远程维护应用需求而言,没有一个行业像风电这样如此迫切需求。
  远程维护会为系统增加很多成本吗?因为带有以太网口的控制器在传统的PLC里需要增加额外成本的,而B&R的PCC则是基于Intel兼容芯片的,这使得PCC可以轻松集成一个以太网口来实现与上位机的连接,而且,在AutomationStudio里VNCServer、FTPServer、WebServer是一个软件组件而已,它只需要通过配置管理器进行配置即可,成本?可能是0,也可能是一个Modem的成本。
  (1)VNCServer的远程维护,VNCServer和WebServer只需配置即可,这是一个软件功能块形式存在的,无需增加任何成本,并且,VNCServer的监控软件是免费的可获得的,不仅提供完全现场监控级的权限,也能够提供参数修改和设置的能力,这使得远程对机器的操作成为可能,看上去,就像是一台在本地的机器一样,这很有诱惑力,在几乎不增加成本的情况下,可以实现一台机器的控制如此简单。
  (2)WebServer是另一种实现方法,同样,不增加什么成本即可实现,通过设置本地IP赋予现场每个风机的控制器,将需要监控的参数下载到本地,通过Windows自带的IE浏览器即可实现对远程主机的数据监控,包括CPU运行、当前I/O参数等。
  (3)FTPServer提供了远程的程序传输能力,通过FTPServer程序的修改可以由本地PC完成后经由Internet远程下载到控制器中。
  其它的方式也包括通过短信的方式、邮件的方式来实现远程维护与诊断。
  平台利器的意义在于能够为客户提供一个长期有效,持续创新的平台,它具备了所有可能用到不同厂商提供的产品的集合,B&R提供的是一个非常适合国内设备制造商开发自主系统的平台。
  
  

来源:贝加莱工业自动化(上海)有限公司
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