喻連喜，張金環(huán)，趙靜

(許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000)

0 引言

近年來，隨著國家支持風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策的陸續(xù)出臺(tái)，在國際風(fēng)電技術(shù)的帶動(dòng)下，我國風(fēng)電市場(chǎng)正面臨前所未有的發(fā)展機(jī)遇。大型風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)作為風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)核心，包含主控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)和變流控制系統(tǒng)3大部分。主控系統(tǒng)協(xié)調(diào)風(fēng)電機(jī)組變槳變流控制，在保證傳動(dòng)系統(tǒng)柔性運(yùn)行的前提下，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組在變化風(fēng)況下的功率穩(wěn)定輸出，完成風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)監(jiān)視，以及事故狀態(tài)下風(fēng)電機(jī)組的電氣、機(jī)械保護(hù)功能。風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)不僅關(guān)系到風(fēng)電機(jī)組的正常、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，更關(guān)系到風(fēng)電機(jī)組本身的安全，保證風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)的質(zhì)量，是亟待解決的問題。在試驗(yàn)環(huán)境下，主控系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)無法實(shí)時(shí)采集，與變槳、變流控制系統(tǒng)的信息無法進(jìn)行交互，無法建立閉環(huán)的測(cè)試環(huán)境，這些都是測(cè)試中需要解決的問題。計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的迅速發(fā)展，使得以計(jì)算機(jī)為測(cè)試、控制中心的測(cè)試技術(shù)日益發(fā)展完善，在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

本文提出的風(fēng)機(jī)主控測(cè)試系統(tǒng)就是針對(duì)許繼FJK－500 MW級(jí)風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。測(cè)試系統(tǒng)涵蓋FJK－500 MW級(jí)風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)的如下功能:運(yùn)行控制、偏航與解纜控制、槳距控制、功率控制、停機(jī)控制、溫度控制、故障判定與處理、所處狀態(tài)判定與處理、通信處理及看門狗檢測(cè)。針對(duì)上述功能提供了手動(dòng)測(cè)試、自動(dòng)測(cè)試及仿真測(cè)試3種測(cè)試模式，能較準(zhǔn)確、全面地完成人工測(cè)試難以完成的測(cè)試任務(wù)，提高了測(cè)試效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

1 測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理

風(fēng)機(jī)主控測(cè)試系統(tǒng)的核心是自主開發(fā)的風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)測(cè)試軟件，通過該軟件與風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)進(jìn)行通信，把風(fēng)機(jī)運(yùn)行的各類參數(shù)寫入風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)，同時(shí)實(shí)時(shí)回讀風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)下發(fā)的控制命令和各項(xiàng)調(diào)節(jié)參數(shù)，形成一個(gè)閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)。在測(cè)試系統(tǒng)中預(yù)置了各種邏輯，通過閉環(huán)測(cè)試進(jìn)行比對(duì)，給出測(cè)試的結(jié)果。

FJK－500 MW級(jí)風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)采用BECKHOFF公司的可編程控制器(PLC)進(jìn)行采集控制，測(cè)試軟件依據(jù)BECKHOF公司提供的ADS協(xié)議，通過工業(yè)以太網(wǎng)與FJK－500 MW級(jí)風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)進(jìn)行通信互聯(lián)，同時(shí)通過以太網(wǎng)FJK－500 MW級(jí)風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)可以方便地與風(fēng)場(chǎng)監(jiān)控進(jìn)行通信。測(cè)試系統(tǒng)的總體構(gòu)成如圖1所示。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)示意圖

2 測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

以測(cè)試風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)的控制流程為核心，考慮對(duì)風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)測(cè)試的通用性和擴(kuò)展性，編制了風(fēng)機(jī)主控測(cè)試系統(tǒng)的軟件部分，其軟件模塊示意如圖2所示。它運(yùn)行于Windows 2000/XP平臺(tái)下，主要由協(xié)議處理模塊、控制邏輯定制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、統(tǒng)計(jì)輸出模塊和人機(jī)界面組成。

2.1 協(xié)議處理模塊

圖2 軟件模塊示意圖

目前，該協(xié)議處理模塊主要負(fù)責(zé)處理ADS協(xié)議，包括通信鏈接、數(shù)據(jù)讀寫、數(shù)據(jù)上送和下發(fā)的優(yōu)先級(jí)處理等功能。為適應(yīng)以后測(cè)試的需要，可根據(jù)需要擴(kuò)充不同的協(xié)議處理，當(dāng)增加或修改規(guī)約時(shí)，不要求修改別的核心進(jìn)程，只需要修改協(xié)議處理模塊就可以。ADS協(xié)議的幀數(shù)據(jù)格式如圖3所示。

圖3 ADS協(xié)議幀數(shù)據(jù)格式

AMS/TCP Header:長度為6 B，記錄數(shù)據(jù)包整體的長度。

AMS Header:長度為32B，包含了發(fā)送方和接收方的地址、AMS錯(cuò)誤代碼、ADS命令I(lǐng)D和一些其他信息。

ADS Data:主要有單個(gè)ADS命令的參數(shù)、依賴ADS命令數(shù)據(jù)組結(jié)構(gòu)和不帶數(shù)據(jù)的有些ADS命令3種形式。

2.2 控制邏輯定制模塊

根據(jù)風(fēng)電的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、FJK－500 MW級(jí)風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和說明書制訂詳細(xì)的控制邏輯?？刂七壿嫼w運(yùn)行控制、偏航與解纜控制、槳距控制、功率控制、停機(jī)控制、溫度控制、故障判定與處理、所處狀態(tài)判定與處理、通信處理、看門狗檢測(cè)等主控系統(tǒng)的主要功能?？刂七壿嫲▽?duì)當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行綜合判斷，制訂出主控系統(tǒng)不同情況下控制策略的邏輯，可根據(jù)要求進(jìn)行存儲(chǔ)、修改、刪除等相應(yīng)的控制邏輯操作，從而滿足測(cè)試的不同需要。

2.3 數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊是整個(gè)軟件系統(tǒng)的核心模塊。在接收到人機(jī)界面選擇的測(cè)試模式并啟動(dòng)后，根據(jù)輸入的測(cè)試用例和參數(shù)配置文件，通過協(xié)議處理模塊讀取主控系統(tǒng)相應(yīng)的狀態(tài);進(jìn)行綜合處理后，再通過協(xié)議處理模塊下發(fā)測(cè)試用例中設(shè)定的各項(xiàng)參數(shù)到主控系統(tǒng)中;最后把測(cè)試需要考察的幾個(gè)測(cè)試點(diǎn)的信息通過協(xié)議處理模塊進(jìn)行回讀并存儲(chǔ)，與控制邏輯定制模塊中相應(yīng)的控制邏輯進(jìn)行比對(duì)，把測(cè)試結(jié)果輸出到統(tǒng)計(jì)輸出模塊和人機(jī)界面。測(cè)試流程圖如圖4所示。

圖4 測(cè)試流程圖

同時(shí)，為了便于執(zhí)行回歸測(cè)試和定制的測(cè)試，該模塊還加入了對(duì)測(cè)試用例的管理功能。回歸測(cè)試即把以前測(cè)試過程中用到的測(cè)試用例保存下來，在下一輪測(cè)試中把原來的測(cè)試用例運(yùn)行一遍，以查證問題改正的情況。定制測(cè)試即把主要測(cè)試過程的測(cè)試用例保持下來，方便下次測(cè)試時(shí)進(jìn)行調(diào)用。

2.4 其他模塊

統(tǒng)計(jì)輸出模塊負(fù)責(zé)把測(cè)試中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，方便查找定位，同時(shí)把數(shù)據(jù)處理模塊傳送的測(cè)試結(jié)果傳遞給人機(jī)界面和打印機(jī)進(jìn)行顯示和打印。人機(jī)界面的主要任務(wù)是測(cè)試模式的選擇，測(cè)試用例和參數(shù)配置文件的載入，測(cè)試的啟停、運(yùn)行參數(shù)顯示、報(bào)文輸出和測(cè)試結(jié)果的顯示。

3 測(cè)試模式的應(yīng)用

為了全面測(cè)試FJK－500 MW級(jí)風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)，測(cè)試系統(tǒng)采用了3種測(cè)試模式:自動(dòng)測(cè)試模式、手動(dòng)測(cè)試模式和數(shù)據(jù)仿真測(cè)試模式。

3.1 自動(dòng)測(cè)試模式

為了提高測(cè)試效率，風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)的絕大部分控制流程都在自動(dòng)測(cè)試模式下進(jìn)行測(cè)試。在該模式下測(cè)試人員只需填寫具體的測(cè)試用例及編寫對(duì)應(yīng)的測(cè)試控制邏輯，點(diǎn)擊測(cè)試啟動(dòng)按鈕，就能按照風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)啟動(dòng)→運(yùn)行→停止的流程，對(duì)風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)的啟動(dòng)控制、偏航與解纜控制、槳距控制、功率控制、停機(jī)控制、溫度控制、故障處理、所處狀態(tài)判定與處理、通信處理、看門狗檢測(cè)等做自動(dòng)測(cè)試?？梢愿鶕?jù)測(cè)試的需要，選擇單測(cè)試用例自動(dòng)測(cè)試和全部自動(dòng)測(cè)試2種模式。

3.2 手動(dòng)測(cè)試模式

為了補(bǔ)充自動(dòng)測(cè)試的不足，加入了手動(dòng)測(cè)試模式，該模式主要是配合接地監(jiān)控和風(fēng)場(chǎng)監(jiān)控下發(fā)的控制進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)視與處理，同時(shí)也是處理異常情況下參數(shù)的手動(dòng)設(shè)定和響應(yīng)過程。在手動(dòng)測(cè)試模式下，運(yùn)行參數(shù)可以在線進(jìn)行修改。

3.3 數(shù)據(jù)仿真測(cè)試模式

自動(dòng)和手動(dòng)測(cè)試模式下的測(cè)試。測(cè)試時(shí)間一般比較短，無法測(cè)試長時(shí)間情況下系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了適應(yīng)這種需要，在拷機(jī)測(cè)試情況下加入了數(shù)據(jù)仿真測(cè)試模式。在該模式下，運(yùn)行參數(shù)在合適的范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)變化，并設(shè)想能導(dǎo)入實(shí)際風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)的參數(shù)，同時(shí)能把運(yùn)行的參數(shù)按照存儲(chǔ)的間隔記錄下來，可以分為正常情況下參數(shù)和導(dǎo)致停機(jī)故障的參數(shù)進(jìn)行考慮。

4 結(jié)束語

采用本文所提方案進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用PC機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備就能構(gòu)成一套閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)。軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思路，擴(kuò)展性強(qiáng)，功能全面。3種測(cè)試模式的應(yīng)用，保證了測(cè)試的全面性。

本文設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)主控測(cè)試系統(tǒng)能夠滿足FJK－500 MW級(jí)風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)的測(cè)試要求，測(cè)試過程方便、簡單、高效、全面，不僅保證了測(cè)試質(zhì)量而且提升了測(cè)試效率，其設(shè)計(jì)思想為其他廠家風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)的測(cè)試提供了新的思路。

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