一、引言

風(fēng)力發(fā)電作為目前技術(shù)很成熟、效率很高的可再生能源，受到世界各國的普遍重視。經(jīng)過多年的探索 與努力，我國在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、可再生能源控制系統(tǒng)(變槳系統(tǒng)等)、變流器、系統(tǒng)控制等關(guān)鍵技術(shù)上都 取得了突破?！笆濉逼陂g，中國的并網(wǎng)風(fēng)電得到迅速發(fā)展。本文就內(nèi)蒙古某大型風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目中，SiboTech 網(wǎng)關(guān)如何實(shí)現(xiàn)塔基主速度控制系統(tǒng)與機(jī)艙可再生能源控制系統(tǒng)的對接。在實(shí)現(xiàn)主控 PLC 和可再生能源控制 系統(tǒng)的通信中，泗博自動(dòng)化的 CANopen 轉(zhuǎn) PROFIBUS DP 網(wǎng)關(guān) PCO-150S 表現(xiàn)出了其穩(wěn)定、可靠的優(yōu)點(diǎn)。

二、系統(tǒng)組成

1、系統(tǒng)概述

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有風(fēng)輪、傳動(dòng)系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、控制與安全系統(tǒng)(主控 系統(tǒng))、機(jī)艙、塔架和塔基等組成。SiboTech 的 CANopen 轉(zhuǎn) PROFIBUS DP 網(wǎng)關(guān)的作用主要是實(shí)現(xiàn)塔基主控 系統(tǒng)與機(jī)艙可再生能源控制系統(tǒng)的通訊。其中，塔基主控系統(tǒng)包含主速度控制器和變流、逆變器，主速度 控制器采用的是西門子 S7-300 系列可編程邏輯控制器(PLC);可再生能源控制系統(tǒng)采用丹麥 DEIF 的 DM-4 REC-1，是機(jī)艙控制柜的主要部分，還包含交、直流伺服驅(qū)動(dòng)控制器等。

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)構(gòu)成如圖1，其中略去了主速度控制器(西門子S7-300PLC)之外的其它控制設(shè)備。西門子S7-300PLC 的主要任務(wù)之一是實(shí)現(xiàn)對 DM-4 REC-1(可再生能源控制系統(tǒng))的監(jiān)控來控制現(xiàn)場變槳、主動(dòng)失速以及偏航 控制等。西門子 S7-300PLC(CPU 型號(hào)：CPU313C-2DP)采用 PROFIBUS DP 主站協(xié)議;DM-4 REC-1(可再生 能源控制系統(tǒng))支持標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)現(xiàn)場總線 CAN 通信，它作為 CANopen 主站，與變頻器(槳葉調(diào)節(jié)采用變頻 器驅(qū)動(dòng)絲桿結(jié)構(gòu))和特殊發(fā)電機(jī)(采用 VACON 變流器和逆變器，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速變化，實(shí)現(xiàn)額定 風(fēng)速一下的葉尖速比控制，實(shí)現(xiàn)吸收峰能，變流器和逆變器具有完善的保護(hù)功能)通訊，從而保障風(fēng)機(jī)在 額定風(fēng)速以上時(shí)整機(jī)載荷安全和發(fā)電功率穩(wěn)定。在該項(xiàng)目中，為了實(shí)現(xiàn)西門子 S7-300PLC 和 DM-4 REC-1 之間的數(shù)據(jù)雙向傳輸，采用了泗博自動(dòng)化的高性能的 CANopen 從站轉(zhuǎn) PROFIBUS DP 從站網(wǎng)關(guān) PCO-150S：

網(wǎng)關(guān) PCO-150S 在 CANopen 側(cè)做 CANopen 從站，在 PROFIBUS DP 側(cè)做 PROFIBUS DP 從站。用戶通過在 配置軟件 PC-123 中設(shè)置相關(guān)的命令下載到網(wǎng)關(guān)中，并且在西門子 PLC 的組態(tài)軟件 STEP7 中設(shè)置實(shí)際需要 的輸入、輸出字節(jié)數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)不同總線數(shù)據(jù)的雙向傳輸。

3、通信網(wǎng)絡(luò)組成

3.1 PROFIBUS 協(xié)議簡介

PROFIBUS 是目前國際上通用的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之一，以其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)、嚴(yán)格的認(rèn)證 規(guī)范、開放的 標(biāo)準(zhǔn)、眾多廠商的支持和不斷發(fā)展的應(yīng)用行規(guī)，已成為很重要的和應(yīng)用很廣泛的 現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS 現(xiàn)場總線通訊協(xié)議包括三個(gè)主要部分： ? PROFIBUS DP：主站和從站之間采用輪循的通訊方式，主要應(yīng)用于自動(dòng)化系統(tǒng)中單元級(jí)和現(xiàn)場級(jí)通 信。 ? PROFIBUS PA：電源和通信數(shù)據(jù)通過總線并行傳輸，主要用于面向過程自動(dòng)化系統(tǒng)中單元級(jí)和現(xiàn)場 級(jí)通訊。 ? 支持 CANopen 協(xié)議的最多 8 個(gè)字節(jié)的 TPDO、最多 8 個(gè)字節(jié)的 RPDO、最多 4 個(gè)字節(jié)快速 Download SDO 和最多 4 個(gè)字節(jié)快速 Upload SDO。 ? PROFIBUS FMS：定義了主站和主站之間的通訊模型，主要用于自動(dòng)化系統(tǒng)中系統(tǒng)級(jí)和車間級(jí)的過程 數(shù)據(jù)交換。 其中，PROFIBUS DP 是高速網(wǎng)絡(luò)，通訊速率達(dá)到 12M。PROFIBUS DP 可以連接遠(yuǎn)程 I/O、執(zhí) 行機(jī)構(gòu)、 智能馬達(dá)控制器、人機(jī)界面 HMI、閥門定位器、變頻器等智能設(shè)備， 一條 PROFIBUS DP 總線可以最多連 接 123 個(gè)從站設(shè)備。PROFIBUS DP 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是總線型、星型和樹型，通訊介質(zhì)可以是屏蔽雙絞線、光纖，也支持紅外傳輸，采用雙絞線時(shí)，不加中繼器最遠(yuǎn)通訊距離可達(dá) 1.2 公里，最多可以采用 9 個(gè)中 繼器，最遠(yuǎn)通訊距離可達(dá) 9 公里。采用光纖時(shí)，最遠(yuǎn)通訊距離可達(dá) 100 公里以上，其中采用多膜光纖， 兩點(diǎn)間最遠(yuǎn)距離可達(dá) 3 公里，采用單膜光纖時(shí)，兩點(diǎn)間最遠(yuǎn)距離可達(dá) 3 公里。 PROFIBUS DP 支持的總線型拓?fù)淙缦拢?/p>

3.2 CANopen 協(xié)議簡介

CANopen 協(xié)議是 CAN-in-Automation(CiA)定義的標(biāo)準(zhǔn)之一，并且在發(fā)布后不久就獲得了廣泛的承認(rèn)。 尤其是在歐洲，CANopen 協(xié)議被認(rèn)為是在基于 CAN 的工業(yè)系統(tǒng)中占領(lǐng)導(dǎo)地位的標(biāo)準(zhǔn)。大多數(shù)重要的設(shè)備類 型，例如數(shù)字和模擬的輸入輸出模塊、驅(qū)動(dòng)設(shè)備、操作設(shè)備、控制器、可編程控制器或編碼器，都在稱為 "設(shè)備描述"的協(xié)議中進(jìn)行描述;"設(shè)備描述"定義了不同類型的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備及其相應(yīng)的功能。依靠 CANopen 協(xié) 議的支持，可以對不同廠商的設(shè)備通過總線進(jìn)行配置。

在 CANopen 網(wǎng)絡(luò)中的通信信息以對象來進(jìn)行描述的。CANopen 通信模型定義了 4 種報(bào)文(通信對象)： 網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文(NMT)、服務(wù)數(shù)據(jù)對象(SDO)、過程數(shù)據(jù)對象(PDO)和特殊功能對象。 SDO 通過使用索引和子索引(在 CAN 報(bào)文的前幾個(gè)字節(jié))，SDO 采用客戶機(jī)服務(wù)器模式。SDO 客戶機(jī)能 夠訪問設(shè)備(服務(wù)器)對象字典中的條目或項(xiàng)(對象)。 SDO 通過 CAL 中多元域的 CMS(CAN-based Message Specification)對象來實(shí)現(xiàn)，允許傳送任何長度的數(shù)據(jù)(當(dāng)數(shù)據(jù)超過 4 個(gè)字節(jié)時(shí)分拆成幾個(gè)報(bào)文)。SDO 協(xié)議是確認(rèn)服務(wù)類型。服務(wù)器為每個(gè)消息生成一個(gè)應(yīng)答(一個(gè) SDO 需要兩個(gè) ID)。SDO 請求和應(yīng)答報(bào)文總 是包含 8 個(gè)字節(jié)(沒有意義的數(shù)據(jù)長度在第一個(gè)字節(jié)中表示，第一個(gè)字節(jié)攜帶協(xié)議信息)。 PDO 對象用來傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，PDO 對象采用生產(chǎn)者消費(fèi)者模式。數(shù)據(jù)從一個(gè)生產(chǎn)者傳到一個(gè)或多個(gè)消 費(fèi)者。數(shù)據(jù)傳送限制在 1 到 8 個(gè)字節(jié)(例如，一個(gè) PDO 可以傳輸最多 64 個(gè)數(shù)字 I/O 值，或者 4 個(gè) 16 位的 AD 值)。PDO 通訊沒有額外的協(xié)議規(guī)定。PDO 由兩種類型的使用：數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收。它們以 TPDO 和 RPDO 區(qū)分。 PDO 可以有多種傳輸方式，其中，同步傳輸是指為了使設(shè)備同步，又一個(gè)同步應(yīng)用程序周期性地發(fā)送 一個(gè)同步對象(SYNC 對象)。異步傳輸是由遠(yuǎn)程幀觸發(fā)傳送或由設(shè)備子協(xié)議中規(guī)定的對象特定事件觸發(fā)傳 送。

三、結(jié)束語

該 PLC 控制系統(tǒng)中，PCO-150S 作為西門子 S7-300PLC 和可再生能源控制器 DM-4 REC-1 之間的橋梁， 能夠使這兩種完全不同的現(xiàn)場總線設(shè)備實(shí)現(xiàn)正常數(shù)據(jù)通信，使西門子 PLC 監(jiān)控現(xiàn)場風(fēng)機(jī)槳葉角度、電機(jī)轉(zhuǎn) 速等狀態(tài)成為可能。在整個(gè)系統(tǒng)中，泗博自動(dòng)化的 PCO-150S 表現(xiàn)了其穩(wěn)定、可靠的性能，大大方便了風(fēng) 力發(fā)電行業(yè)各種現(xiàn)場總線的應(yīng)用。

審核編輯：湯梓紅