一、引言

風力發(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，我國在風力發(fā)電機組、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。“十五”期間，中國的并網(wǎng)風電得到迅速發(fā)展。本文就內(nèi)蒙古某大型風力發(fā)電項目中，SiboTech 網(wǎng)關(guān)如何實現(xiàn)塔基主速度控制系統(tǒng)與機艙可再生能源控制系統(tǒng)的對接。在實現(xiàn)主控 PLC 和可再生能源控制 系統(tǒng)的通信中，泗博自動化的 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。

二、系統(tǒng)組成

1、系統(tǒng)概述

風力發(fā)電機組有風輪、傳動系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、發(fā)電機、控制與安全系統(tǒng)(主控 系統(tǒng))、機艙、塔架和塔基等組成。SiboTech 的 CANopen 轉(zhuǎn) PROFIBUS DP 網(wǎng)關(guān)的作用主要是實現(xiàn)塔基主控 系統(tǒng)與機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，是機艙控制柜的主要部分，還包含交、直流伺服驅(qū)動控制器等。

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、主動失速以及偏航 控制等。西門子 S7-300PLC(CPU 型號：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))支持標準的工業(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)動絲桿結(jié)構(gòu))和特殊發(fā)電機(采用 VACON 變流器和逆變器，實現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)速跟隨風速變化，實現(xiàn)額定 風速一下的葉尖速比控制，實現(xiàn)吸收峰能，變流器和逆變器具有完善的保護功能)通訊，從而保障風機在 額定風速以上時整機載荷安全和發(fā)電功率穩(wěn)定。在該項目中，為了實現(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)置實際需要 的輸入、輸出字節(jié)數(shù)，即可實現(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)場總線標準之一，以其獨特的技術(shù)特點、嚴格的認證 規(guī)范、開放的 標準、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)場總線標準。PROFIBUS 現(xiàn)場總線通訊協(xié)議包括三個主要部分： ? PROFIBUS DP：主站和從站之間采用輪循的通訊方式，主要應(yīng)用于自動化系統(tǒng)中單元級和現(xiàn)場級通 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化系統(tǒng)中單元級和現(xiàn)場 級通訊。 ? 支持 CANopen 協(xié)議的最多 8 個字節(jié)的 TPDO、最多 8 個字節(jié)的 RPDO、最多 4 個字節(jié)快速 Download SDO 和最多 4 個字節(jié)快速 Upload SDO。 ? PROFIBUS FMS：定義了主站和主站之間的通訊模型，主要用于自動化系統(tǒng)中系統(tǒng)級和車間級的過程 數(shù)據(jù)交換。 其中，PROFIBUS DP 是高速網(wǎng)絡(luò)，通訊速率達到 12M。PROFIBUS DP 可以連接遠程 I/O、執(zhí) 行機構(gòu)、 智能馬達控制器、人機界面 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 個從站設(shè)備。PROFIBUS DP 的拓撲結(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，不加中繼器最遠通訊距離可達 1.2 公里，最多可以采用 9 個中 繼器，最遠通訊距離可達 9 公里。采用光纖時，最遠通訊距離可達 100 公里以上，其中采用多膜光纖， 兩點間最遠距離可達 3 公里，采用單膜光纖時，兩點間最遠距離可達 3 公里。 PROFIBUS DP 支持的總線型拓撲如下：

3.2 CANopen 協(xié)議簡介

CANopen 協(xié)議是 CAN-in-Automation(CiA)定義的標準之一，并且在發(fā)布后不久就獲得了廣泛的承認。 尤其是在歐洲，CANopen 協(xié)議被認為是在基于 CAN 的工業(yè)系統(tǒng)中占領(lǐng)導(dǎo)地位的標準。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)議中進行描述;"設(shè)備描述"定義了不同類型的標準設(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)備通過總線進行配置。

在 CANopen 網(wǎng)絡(luò)中的通信信息以對象來進行描述的。CANopen 通信模型定義了 4 種報文(通信對象)： 網(wǎng)絡(luò)管理報文(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 報文的前幾個字節(jié))，SDO 采用客戶機服務(wù)器模式。SDO 客戶機能 夠訪問設(shè)備(服務(wù)器)對象字典中的條目或項(對象)。 SDO 通過 CAL 中多元域的 CMS(CAN-based Message Specification)對象來實現(xiàn)，允許傳送任何長度的數(shù)據(jù)(當數(shù)據(jù)超過 4 個字節(jié)時分拆成幾個報文)。SDO 協(xié)議是確認服務(wù)類型。服務(wù)器為每個消息生成一個應(yīng)答(一個 SDO 需要兩個 ID)。SDO 請求和應(yīng)答報文總 是包含 8 個字節(jié)(沒有意義的數(shù)據(jù)長度在第一個字節(jié)中表示，第一個字節(jié)攜帶協(xié)議信息)。 PDO 對象用來傳輸實時數(shù)據(jù)，PDO 對象采用生產(chǎn)者消費者模式。數(shù)據(jù)從一個生產(chǎn)者傳到一個或多個消 費者。數(shù)據(jù)傳送限制在 1 到 8 個字節(jié)(例如，一個 PDO 可以傳輸最多 64 個數(shù)字 I/O 值，或者 4 個 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，又一個同步應(yīng)用程序周期性地發(fā)送 一個同步對象(SYNC 對象)。異步傳輸是由遠程幀觸發(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)備實現(xiàn)正常數(shù)據(jù)通信，使西門子 PLC 監(jiān)控現(xiàn)場風機槳葉角度、電機轉(zhuǎn) 速等狀態(tài)成為可能。在整個系統(tǒng)中，泗博自動化的 PCO-150S 表現(xiàn)了其穩(wěn)定、可靠的性能，大大方便了風 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