今天，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的市場正在迅猛增長，而對于控制器的需求也具有極大的潛力，然而，控制系統(tǒng)硬件及應(yīng)用軟件包均來自歐洲制造商的授權(quán)，而國內(nèi)目前尚未有成熟的可用于大型風(fēng)力發(fā)電機組的控制器設(shè)計，而風(fēng)力發(fā)電與普通的機械設(shè)備在控制器的設(shè)計上有非常大的不同，其控制算法復(fù)雜，需要強大的處理能力和算法設(shè)計能力，另一方面，它需要更可靠的設(shè)計，而如何去實現(xiàn)這些復(fù)雜的要求，B&R，作為自動化領(lǐng)域技術(shù)的倡導(dǎo)者提供了一個卓越的整機控制的完整系統(tǒng)平臺。
平臺之利——風(fēng)電機組控制全流程平臺
所謂“工欲善其事，必先利其器”，要開發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的控制系統(tǒng)，開發(fā)平臺的選擇至關(guān)重要，提供持續(xù)的創(chuàng)新設(shè)計和高度的集成能力，是一個必不可少的評估條件，這涉及到了實時的硬件性能需求，算法設(shè)計能力，建模和仿真分析，Safety技術(shù)、Motion、總線技術(shù)、傳感器技術(shù)，風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)，作為全球自動化技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者的B&R，提供了風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)設(shè)計所需的這一切軟硬件平臺。
（1）整機控制
風(fēng)力發(fā)電機組的控制分為三個單元，在塔基的主控單元，機艙里的邏輯控制單元以及安裝在HUB里的變槳伺服系統(tǒng)，分別介紹如下：
C算法設(shè)計的PCC：不僅僅是滿足實時性的要求，PCC內(nèi)嵌入了Automation Runtime
的實時操作系統(tǒng)，它是一個多任務(wù)的定性系統(tǒng)設(shè)計，滿足了風(fēng)力發(fā)電對于控制的實時性平臺要求，并且，C高級語言的支持使得它具備了應(yīng)對風(fēng)力發(fā)電所需的復(fù)雜算法設(shè)計能力，算法設(shè)計的復(fù)雜性由傳統(tǒng)的強于Logic的PLC來實現(xiàn)不可想象。
Safety技術(shù)：風(fēng)力發(fā)電機組在惡劣環(huán)境（如風(fēng)速超速）、緊急停車等狀態(tài)下需要啟動
Safety運行來對保護機組、葉片等機械件的安全。滿足SIL 3的Safety技術(shù)在這里并非僅僅指的是Safety Logic，Safety Motion和Powerlink Safety也提供了針對運動控制和通信總線的安全設(shè)計，使得Iogic、Motion和總線進行整體的安全集成，這是一個目前為止最為完整和徹底的整機安全方案。
支持滑環(huán)的POWERLINK：由于變槳伺服系統(tǒng)的安裝是位于HUB里的，那么必然造成
電纜的扭曲和絞繞，那么高速的總線也可以被滑環(huán)進行數(shù)據(jù)的可靠傳輸，POWERLINK提供了高速的伺服之間的同步葉片調(diào)整，和在升速、降速和運行中的槳距穩(wěn)定調(diào)整，它能夠?qū)崿F(xiàn)高速的運動任務(wù)。
移動式面板：移動式面板使得這個機器也可以只需要一個面板，安裝在機器各個點上的
信號接入使得Mobile Panel可以被用來進行不同單元程序和參數(shù)的調(diào)整，它不僅僅是為了美觀，而是一個移動式的顯示終端，用于節(jié)省成本，使得多個HMI被一個代替。
（2）變槳控制系統(tǒng)
為了獲得“最大葉尖速比”充分使用風(fēng)能資源，另一方面在安全邏輯的要求下，伺服系統(tǒng)也需要將葉片調(diào)整到最小迎風(fēng)面來獲得一個對機組的安全保障。
靈活的實現(xiàn)：CANopen及 Profibus DP（Slave）的支持能力使得變槳系統(tǒng)可以連接到
第三方主控，也可以在B&R的主控中直接控制，這提供了一個靈活的方案來滿足客戶不同的需求。
SPT使得變槳并不需要專用的運動控制處理器來實現(xiàn)，ACOPOSmulti驅(qū)動技術(shù)提供了
一個非常有競爭力的設(shè)計，Smart Process Technology使得這個變槳系統(tǒng)無需PLC即可獨立運行，每個ACOPOSmulti單元都設(shè)計成一個獨立控制單元一樣，通過總線的連接其多個單元之間可以實現(xiàn)同步，而SPT則可以處理運動過程的任務(wù)，實現(xiàn)光滑而可靠的速度曲線來對系統(tǒng)進行調(diào)整。
直流供電及低溫電池：ACOPOSmulti伺服驅(qū)動系統(tǒng)是一個基于共直流母線技術(shù)
（Common DC Bus Technology）設(shè)計的驅(qū)動系統(tǒng)，它的直流母線可以由外部的直流電源來供電運行，這使得在外部無電力的情況下或者機組切出情況下恢復(fù)機組葉片的位置成為可能，為了滿足風(fēng)力發(fā)電對于苛刻的環(huán)境需求，B&R為其設(shè)計了Supply Box安裝于每個ACOPOSmulti的驅(qū)動單元，這項技術(shù)極富競爭力，即使在極其寒冷的區(qū)域，ACOPOSmulti也能提供有效的直流供電來完成其設(shè)計任務(wù)。
（3） 革命性的軟件設(shè)計平臺——嵌入SIMULINK工具包
風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計是一種基于建模（Modeling Based）的控制器設(shè)計技術(shù)，Mathworks的Matlab/Simulink提供了這一設(shè)計需求的模型設(shè)計和仿真分析的平臺，B&R在2008年與Mathworks建立了戰(zhàn)略合作，在B&R Automation Stduio一體化開發(fā)平臺上集成了Matlab Simulink的工具包，Stateflow和Stateflow coder是一個基于事件建模的工具和代碼生成器，而Real-time workshop Embedded coder則提供了為SIMULINK建模進行仿真分析的工具。
無風(fēng)險和低成本的軟件設(shè)計：是否需要設(shè)計好系統(tǒng)然后再去測試控制器的設(shè)計是否滿足
風(fēng)電機組的各種可能工況的要求？顯然，這不是一個經(jīng)濟的方案，因為，即使是普通的印刷機這樣的設(shè)備進行調(diào)試，也要針對不同紙張在不同速度下的測試，往往意味著一卷卷的紙張被消耗在測試過程中，而風(fēng)電機組？如果這個機器尚未運送到風(fēng)場的廠內(nèi)測試沒有風(fēng)力條件怎么辦？因為客戶并不要求你裝好機組到風(fēng)場去測試，因為，他們買的是一臺可以良好運行的機器而不是一個正在不斷進行測試的機器，這是問題的所在，而更重要的是，一個控制器的設(shè)計用于機組存在巨大的潛在風(fēng)險-對于風(fēng)力發(fā)電機組而言，風(fēng)險是實實在在的存在，而不是可能，如何去無風(fēng)險的并且低成本的設(shè)計？
設(shè)計理念（Hardware in the Loop）：Hardware in the loop是一種回路硬件測試方法，在航空航天、汽車、醫(yī)藥、建筑領(lǐng)域里驗證為可行的方案，它能夠大大的降低成本，通過回路硬件測試方法，可以在控制器上進行建模，并模擬各種動作，例如：風(fēng)力發(fā)電機組的啟動、運行、緊急停車、安全邏輯、當(dāng)機，通過外部傳感器的模擬電流、功率、相位等的變化來進行變槳系統(tǒng)的運動控制和機組的速度調(diào)整等等。
你完全可以構(gòu)建一個控制器核心，然后外圍接入實際的物理硬件，如溫度傳感器、振動傳感器以及電壓測量模塊等，你可以通過外部傳感器的參數(shù)的變化來觀測所設(shè)計的控制軟件是否獲得實際的輸出，這樣，你將能夠不斷發(fā)現(xiàn)問題并對控制器的算法和參數(shù)進行調(diào)整。
設(shè)計流程：首先是在Automation Studio里嵌入的SIMULINK或Stateflow,單元進行機組的模型建立，它可以模擬機組的各種傳感器和執(zhí)行機構(gòu)的物理模型，每個物理的組件都可以被模擬，然后，設(shè)計的控制器進行仿真分析，在外部條件變化，例如：轉(zhuǎn)子的速度反饋，功率、相位的反饋都將被輸入到控制器，進行控制器的PID調(diào)節(jié)參數(shù)的調(diào)整以便獲得期望的工作效果，Real-time Workshop Embedded Coder和Stateflow Coder也被嵌入到Automation Studio中用于代碼的自動生成，這些編譯的代碼將被下載到控制器中被運行，對結(jié)果進行反饋，根據(jù)反饋對控制器的參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，所有這些最終可以被編譯為C代碼下載到控制器中，經(jīng)過如此設(shè)計的機組控制軟件將被下載到實際的現(xiàn)場進行運行測試，在如此設(shè)計基礎(chǔ)上的控制器將大大的降低現(xiàn)場測試的環(huán)節(jié)所需要的時間和成本。
Stateflow通過開發(fā)有限狀態(tài)機和流程圖設(shè)計環(huán)境來擴展SIMULINK的功能，它采用自然、刻度和易于理解的圖形方式來表達(dá)復(fù)雜的邏輯，結(jié)合Matlab/SIMULINK，能夠為風(fēng)力發(fā)電這種典型的包含了控制、優(yōu)先級管理、工作模式切換的應(yīng)用提供一個非常高效的仿真分析平臺。
Real-Time Workshop Embedded Coder，在Automation Studio里嵌入了Real-Time Workshop® Embedded Coder 工具包，它能夠為Stateflow模型生成C代碼。其生成的代碼同專業(yè)手寫代碼一樣清楚、高效，并且能夠滿足以結(jié)構(gòu)緊湊，運行快速為首要需求的嵌入式系統(tǒng)、目標(biāo)快速原型板、批量生產(chǎn)中使用的微處理器和實時模擬器。這些是風(fēng)力發(fā)電機組控制的典型需求，同時，Real-Time Workshop® Embedded Coder支持對原有應(yīng)用程序，函數(shù)及數(shù)據(jù)的集成，這也使得之前的工作得到了保存而不至于時間的浪費
遠(yuǎn)程維護是必需的設(shè)計
風(fēng)電場由于要借助于自然風(fēng)的發(fā)電需求，而這些場所一般都會在野外，例如：達(dá)坂城就有國內(nèi)最大的風(fēng)力發(fā)電場，也是世界最大的，這些地方距離城市非常的遙遠(yuǎn)，對于出口到國外的整機，遠(yuǎn)程診斷與維護極其重要，從設(shè)備制造角度的遠(yuǎn)程維護應(yīng)用需求而言，沒有一個行業(yè)像風(fēng)電這樣如此迫切需求。
遠(yuǎn)程維護會為系統(tǒng)增加很多成本嗎？因為帶有以太網(wǎng)口的控制器在傳統(tǒng)的PLC里需要增加額外成本的，而B&R的PCC則是基于Intel兼容芯片的，這使得PCC可以輕松集成一個以太網(wǎng)口來實現(xiàn)與上位機的連接，而且，在Automation Studio里VNC Server、FTP Server、Web Server是一個軟件組件而已，它只需要通過配置管理器進行配置即可，成本？可能是0，也可能是一個Modem的成本。
（1）VNC Server的遠(yuǎn)程維護，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，這使得遠(yuǎn)程對機器的操作成為可能，看上去，就像是一臺在本地的機器一樣，這很有誘惑力，在幾乎不增加成本的情況下，可以實現(xiàn)一臺機器的控制如此簡單。
（2）Web Server是另一種實現(xiàn)方法，同樣，不增加什么成本即可實現(xiàn)，通過設(shè)置本地IP賦予現(xiàn)場每個風(fēng)機的控制器，將需要監(jiān)控的參數(shù)下載到本地，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。
（3） 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。
其它的方式也包括通過短信的方式、郵件的方式來實現(xiàn)遠(yuǎn)程維護與診斷。
平臺利器的意義在于能夠為客戶提供一個長期有效，持續(xù)創(chuàng)新的平臺，它具備了所有可能用到不同廠商提供的產(chǎn)品的集合，B&R提供的是一個非常適合國內(nèi)設(shè)備制造商開發(fā)自主系統(tǒng)的平臺。
