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倍福中國風電技術工程師 李小寧

“工業4.0”時代，智能化是制造業發展的方向，自動化軟件作為信息化和工業化相融合的重要支撐，將在未來制造業的發展中起著不可替代的作用。德國倍福自動化有限公司（以下簡稱倍福）始終以基于PC的自動化新技術作為發展理念，將創新精神融入軟硬件的全系列產品，為客戶提供開放式的自動化系統和完整的解決方案。

據倍福中國風電技術工程師李小寧介紹，德國倍福的自動化軟件是在倍福硬件產品的基礎上發展而來，如今已是倍福重要的業務領域。其軟件業務依據行業的實際應用來分類，每個行業都有一套完整的基于倍福TwinCAT軟件平臺衍生的行業應用軟件系統，具體行業具體分析，以求為行業用戶提供全方位的自動化軟件服務。

目前倍福的自動化軟件主要應用在金屬加工、注塑機械、機器人、風力發電等行業，其產品得到了市場的肯定，用戶的青睞。基于TwinCAT 3平臺開發的風電主控軟件框架TwinCAT WindFramework是一套完整的風電主控系統軟件解決方案，它有如下多方面的特色優勢：

（1）采用面向對象的設計思想，重新構架主控軟件系統，各個子系統的設計和開發可以完全獨立，將子系統間的耦合降到最低，不僅可以提高軟件開發效率，還會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，具有靈活的用戶接口，這為開發和使用人員提供了極大的便利；

（4）基于該框架用戶可以靈活選用C/C++、Matlab、PLC等編程語言實現主控程序，在TwinCAT 3強大的開發環境中進行代碼調試和故障診斷等操作；

（5）采用SQL Server數據庫存儲用戶定義的所有風機運行數據，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。該軟件一經推出便受到廣大客戶的推崇，目前已經在大兆瓦級的風機上得到成功應用。

產品與服務一直如影相隨，倍福會為自己的客戶提供哪些自動化軟件服務？李小寧告訴記者：“倍福為客戶提供售前方案、售中技術培訓、售后技術支持和維護等全方位的技術支持和服務，協助客戶快速解決使用Beckhoff產品和系統時遇到的各種技術問題。為及時滿足客戶需求，提高公司服務品質，公司成立了專業的技術支持和售后服務團隊，為客戶提供產品全生命周期的技術支持和售后服務。”

李小寧分析，在“工業4.0”的大環境下，自動化軟件成為行業焦點，引領自動化產業的未來發展。倍福基于PC的實時控制理念、軟件業務未來的發展方向與“工業4.0”完全契合，相信未來倍福的自動化軟件將極具發展前景。

成功案例分享

Beckhoff TwinCAT3 軟件在5MW風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公司主要從事風力發電機和葉片開發，其產品基于模塊化aeroMaster技術，能夠滿足高發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海上風力發電機是首套采用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海上風力發電機是首套采用TwinCAT 3軟件并使用TwinCAT Wind Framework的aeroMaster系統

2　應用情況

在5MW風力發電機組樣機中，Aerodyn采用了最新的控制和軟件技術，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4.0概念擴展到風電行業中。例如，模塊化軟件支持直接將傳感器數據提供給運營商數據庫，并且能夠輕松與風力發電機運行控制和管理系統匹配，以滿足未來需求。

5MW風機需要大量的控制技術，電氣部分包括三個控制柜：

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，以及與風場中央控制室進行通訊的風場通訊系統，該通訊系統被設計為一個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器。

變流器柜也安裝在機艙中，里面安裝了風扇和變頻器，以及方位角控制器。

塔基控制柜內安裝了整個控制系統的核心——一臺采用 Intel?Core?i7 技術的Beckhoff CX2030嵌入式控制器，它可以完全獨立地實現一切控制，并且不能被遠程訪問。可以被遠程訪問的是一臺Beckhoff工業PC-C6930，它采用了Intel? Core?i5處理器，并配備了256GB固態硬盤。為了提供一個遠程維護接入點，使用一臺Beckhoff CP2915 15英寸控制面板實現監測和可視化功能。伴隨大容量固態硬盤的是一套功能強大的數據存儲系統，對此，Aerodyn公司總經理Markus Rees說道：“由于大量的數據記錄對于樣機來說非常重要，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PC和控制面板僅用于該樣機，常規的風力發電機將不會使用。”

基于PC的控制解決方案的靈活性帶來許多優勢，從Beckhoff寬泛的I/O模塊產品線受益頗多，408個數據點的采集，通過218 個EtherCAT數字量I/O模塊、9個CAN 主站模塊、2個RS485模塊、31個IO-Link端子模塊、5個編碼器模塊和2個電力測量模塊實現。此外，33個TwinSAFE端子模塊用于人員和設備安全系統控制，其功能包括緊急關機、超速保護、振動保護和位置限定等。實踐證明，TwinSAFE是非常適用于風力發電機的安全解決方案，因為通過標準的EtherCAT實現的TwinSAFE通訊系統可以長距離處理通訊任務，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提供，無需任何額外的硬件，所以系統集成也很容易。

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

3　效果分析

Aerodyn公司的aeroMaster 5.0是首臺采用TwinCAT 3軟件TwinCAT Wind Framework的風力發電機，風力發電機的硬件設計通常是模塊化形式，包括變槳系統、變流器、不同廠商的發電機等。借助封裝入模塊的Beckhoff控制技術和風電專業經驗，以及面向風電應用的專業模板，TwinCAT 3 Wind Framework與硬件模塊可以實現完美的結合。TcWind模塊包含風力發電機自動化控制所需的豐富功能，所有數據都可以實時訪問，并可以進行長期的數據庫管理。應用模板提供了一個能夠快速和高效實現工程設計的模塊化架構。

Aerodyn充分利用了TwinCAT 3的優勢，為了確定極端和常規運行時的載荷，可以將控制器中風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作也變得更加容易。

TwinCAT 3軟件在運達5MW風機主控系統中的應用，是倍福在風電行業應用的一大亮點，該主控系統采用了完整的倍福風電解決方案，將是未來海上風電的發展方向。

摘自《自動化博覽》2015年11月刊