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倍福CX9020 嵌入式控制器應(yīng)用于在極端溫度條件下控制變槳系統(tǒng)

東方電氣風電有限公司（DEW）總部位于四川省德陽市，是綠色能源、鐵路電氣化、環(huán)保技術(shù)及重工業(yè)領(lǐng)域的領(lǐng)導者。東方風電從 2004 年起開始涉足風機制造，是國內(nèi)綠色能源風景線的主創(chuàng)力量。自此以后，公司為國內(nèi)外客戶交付了 7000 多臺風電機組 —直驅(qū)型和雙饋型風機 — 公司借助倍福基于 PC 的先進控制技術(shù)在風機變槳系統(tǒng)的成功應(yīng)用，得以在國內(nèi)外風電控制系統(tǒng)領(lǐng)域脫穎而出。

變槳系統(tǒng)對于控制和調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組來說特別重要，因為它可以為風機的每個工作狀態(tài)設(shè)置最佳的風輪葉片槳距。在部分負載區(qū)域，即在風速小于額定風速時，可以在小范圍內(nèi)非常精確地調(diào)整槳葉角，使風機以最佳的空氣動力學效率運行，即使在風力條件非常不穩(wěn)定的情況下。在風速高于額定風速時，可以將槳葉角的范圍調(diào)大一點，以保證風力發(fā)電機組的輸出功率最高，并且輸出在額定功率以內(nèi)。在極端情況下，例如發(fā)生嚴重故障時，變槳系統(tǒng)將自動完成收槳動作，從而停止風機運行。變槳系統(tǒng)的可靠性直接關(guān)系整臺風電機組的安全性。變槳系統(tǒng)必須滿足高可用性和堅固耐用等要求，尤其是當風力發(fā)電機組在極端環(huán)境條件下運行時。

CX9020 嵌入式控制器是變槳控制系統(tǒng)的核心

東方風電立足于超過 7000 臺風電機組的運行經(jīng)驗，自主開發(fā)自己品牌的變槳系統(tǒng)。在經(jīng)過仔細分析比較后，東方風電最終選用交流伺服驅(qū)動器和交流伺服電機方案。因為它們具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠耐用、成本低、維護方便等特點。東方風電自主開發(fā)的變槳系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由三個相同的軸控單元構(gòu)成：三個葉片軸的每個軸都有一個軸控制柜、一個后備電源柜、一個變槳電機、兩個槳葉冗余角度編碼器、兩個限位開關(guān)及其它附件。交流變槳系統(tǒng)的核心由一個控制三個軸單元的主控制單元構(gòu)成。控制平臺選用的是插接有 EtherCAT 端子模塊的 CX9020 嵌入式控制器，它們都由倍福提供。三個執(zhí)行單元的核心部件選用的是風電專用的伺服驅(qū)動器和伺服電機。此外，變槳系統(tǒng)采用冗余安全鏈設(shè)計，從根本上保證安全解決方案的優(yōu)化及可靠性。

CX9020 嵌入式控制器結(jié)構(gòu)極為緊湊。同時，其工作溫度范圍在 -25 … +60℃ 之間，可以滿足極其嚴苛的環(huán)境要求。控制系統(tǒng)上運行的是東方風電自主研發(fā)的程序，一方面用于實現(xiàn)葉片變槳距的控制和調(diào)節(jié)，另一方面用于實現(xiàn)對整個變槳系統(tǒng)實時狀態(tài)的監(jiān)控與故障碼管理。I/O 系統(tǒng)采用的是倍福的 EtherCAT 端子模塊，提供了更快速的響應(yīng)、更便利的診斷及更加靈活的通訊接口。

同時變槳系統(tǒng)中使用 CANopen 從站端子模塊 EL6751 實現(xiàn)變槳系統(tǒng)的主控制器 CX9020 與風機主控制器之間的通訊。中央控制器 CX9020 和三個軸驅(qū)動器之間通過 EL6751 模塊實現(xiàn) CANopen 通訊連接。 CX9020 集成的 RS485 接口用于監(jiān)控后備電源充電器的狀態(tài)信息。此外，在線訪問功能，例如用于在變槳系統(tǒng)出故障時進行軟件更新和故障分析，可以通過嵌入式控制器的網(wǎng)絡(luò)接口實現(xiàn)。

使用 TwinCAT 輕松編程

倍福的 TwinCAT 軟件作為一款通用的軟件開發(fā)環(huán)境和控制平臺，支持結(jié)構(gòu)化文本（ST）和梯形圖（LD）等IEC61131-3 語言及多種高級編程語言，從而可輕松完成編程過程。“在變槳系統(tǒng)開發(fā)期間，東方風電的工程師們在倍福中國風電工程師的協(xié)助下，大大縮短了整個軟件開發(fā)周期。”東方風電公司負責此項目的研發(fā)工程師李博評論道。全新一代的變槳系統(tǒng)彰顯了東方風電不斷追求技術(shù)創(chuàng)新的精神。李博堅信，東方風電和倍福中國還將展開全新的戰(zhàn)略合作，強強聯(lián)手，助力中國新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展！

東方電氣公司為國內(nèi)外客戶交付了 7000 多臺風電機組。公司借助倍福基于 PC 的先進控制技術(shù)在風機變槳系統(tǒng)的成功應(yīng)用，得以在國內(nèi)外風電控制系統(tǒng)領(lǐng)域脫穎而出