［關(guān)鍵詞］機(jī)組；國產(chǎn)化；控制系統(tǒng)

［中圖分類號］TM921.51 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）10–0144–03

1背景

華銳SL1500機(jī)組作為我國自主研發(fā)的一種大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，自推出以來一直備受關(guān)注。然而，隨著技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，原有的ABB PLC控制系統(tǒng)逐漸顯現(xiàn)出一些問題，如技術(shù)過時(shí)、備件緊缺、維護(hù)成本上升等。為了解決這些問題，并提升機(jī)組的性能和可靠性，科研團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)全新的國產(chǎn)化改造方案，即使用國產(chǎn)PLC控制系統(tǒng)來替代原有的ABB PLC。

國產(chǎn)化改造方案主要包括硬件升級、軟件適配和系統(tǒng)集成3個(gè)具體措施。硬件升級是將所有的舊款A(yù)BB PLC逐步替換為新型國產(chǎn)化PLC，以確保機(jī)組能夠享受到新技術(shù)帶來的好處。軟件適配則是針對國產(chǎn)化PLC的特點(diǎn)，對原有的控制軟件進(jìn)行適配和優(yōu)化，以確保新系統(tǒng)的最佳性能表現(xiàn)。而系統(tǒng)集成則是將國產(chǎn)化PLC與其他關(guān)鍵部件進(jìn)行深度融合，形成統(tǒng)一的智能化控制平臺。

2整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1PLC模塊重新布局設(shè)計(jì)

在華銳SL1500機(jī)組ABB控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化改造中，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的一環(huán)。在考慮PLC模塊重新布局設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分了解原有的PLC模塊布局情況及存在的問題和挑戰(zhàn)。針對華銳SL1500機(jī)組在塔基和機(jī)艙配置的PLC模塊，重新進(jìn)行了統(tǒng)籌布局和設(shè)計(jì)優(yōu)化。根據(jù)機(jī)組原設(shè)計(jì)要求和后期優(yōu)化替換，確定了國產(chǎn)PLC及通訊、I/O模塊組件的功能和數(shù)量。在布局設(shè)計(jì)中，考慮每個(gè)替換元器件的物理結(jié)構(gòu)，確保安裝到機(jī)艙柜的合適位置，以便提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可維護(hù)性。

SL1500機(jī)組ABB PLC機(jī)型在塔基和機(jī)艙均配置PLC模塊，本方案對兩處PLC模塊重新進(jìn)行了統(tǒng)籌布局和設(shè)計(jì)優(yōu)化。方案涉及的所有PLC和擴(kuò)展模塊，基于機(jī)組原設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合后期優(yōu)化改造進(jìn)行選型。

2.2硬件設(shè)計(jì)

在塔基硬件設(shè)計(jì)中，PLC硬件設(shè)計(jì)是核心內(nèi)容之一。需要綜合考慮主控邏輯程序，以確保主機(jī)設(shè)備的主控邏輯與輸入輸出及通訊等信號，制訂合理方案。在SL1500機(jī)組ABB PLC機(jī)型中，塔基PLC硬件設(shè)計(jì)需要考慮控制邏輯的復(fù)雜性和實(shí)時(shí)性要求。為了滿足這些需求，共計(jì)153個(gè)預(yù)留外接點(diǎn)被設(shè)計(jì)用于模擬和數(shù)字量輸入輸出。

通過合理設(shè)計(jì)PLC硬件、CAN通信和串口通信等部分，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和高效控制，為機(jī)組的國產(chǎn)化改造奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。例如，針對SL1500機(jī)組ABB PLC機(jī)型的CAN通信設(shè)計(jì)，采用了CanOpen協(xié)議和CAN2.0通信協(xié)議，確保與變槳變頻器和偏航變頻器等設(shè)備的良好通信。同時(shí)，串口通信設(shè)計(jì)方面，將風(fēng)速儀和面板通信的串行接口接至國產(chǎn)PLC模塊的COM口，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制需求。

2.2.1塔基硬件設(shè)計(jì)

機(jī)組原塔基柜內(nèi)配置07KT97PLC1個(gè)，其中DI點(diǎn)10個(gè)、DO點(diǎn)3個(gè)、PT100模擬量6組、操作面板1塊。本方案在塔基柜內(nèi)安裝通訊及I/O模塊，配置點(diǎn)數(shù)為I點(diǎn)16個(gè)、O點(diǎn)16個(gè)、PT100模擬量8組。為了不影響機(jī)組與風(fēng)場監(jiān)控系統(tǒng)的通信，塔基部分可優(yōu)先完成以太網(wǎng)部分的改造。

2.2.2機(jī)艙硬件設(shè)計(jì)

原機(jī)組機(jī)艙控制柜內(nèi)有主站PLC、從站PLC、數(shù)字量模塊、模擬量模塊4個(gè)組件。將以上4個(gè)組件拆除后，原位置安裝對應(yīng)功能的國產(chǎn)PLC組件。機(jī)艙國產(chǎn)PLC組件布局如圖1所示。

2.3軟件設(shè)計(jì)

在軟件設(shè)計(jì)方面，以SL1500機(jī)組ABB PLC機(jī)型原有程序?yàn)榛A(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)有優(yōu)化內(nèi)容，開發(fā)了專用主控程序，以滿足機(jī)組的控制要求和安全運(yùn)行要求。主控程序是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，通過對各個(gè)子系統(tǒng)的公用模塊實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、故障保護(hù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)等，構(gòu)建了一個(gè)完整的控制框架。

在軟件設(shè)計(jì)中，按照3層結(jié)構(gòu)（B/A/S）的布局，設(shè)計(jì)了控制器底層控制系統(tǒng)，包括系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制算法流程圖設(shè)計(jì)和各功能性模塊算法設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效性，能夠有效地實(shí)現(xiàn)對機(jī)組的控制。

（1）數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)。這一部分考慮了數(shù)據(jù)通信方式設(shè)計(jì)、通信協(xié)議類型設(shè)計(jì)和故障數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)。通過合理的數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部各模塊之間的信息交互，還可以確保系統(tǒng)對外部環(huán)境的響應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確。

（2）上位機(jī)界面的設(shè)計(jì)。包括修改界面參數(shù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)查詢界面設(shè)計(jì)、登錄注冊界面設(shè)計(jì)和控制信息下發(fā)設(shè)計(jì)。通過友好直觀的界面設(shè)計(jì)，操作人員可以方便地監(jiān)控和管理整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，提高了系統(tǒng)的可操作性和可維護(hù)性。

（3）入口函數(shù)設(shè)計(jì)方面。主要設(shè)計(jì)了3個(gè)入口函數(shù)，即10ms的快速運(yùn)算函數(shù)算法、100ms的中等速度運(yùn)算函數(shù)和1s的主要控制變量時(shí)間常數(shù)的運(yùn)算函數(shù)。這些入口函數(shù)的設(shè)計(jì)保證了系統(tǒng)對不同時(shí)間尺度的任務(wù)能夠有針對性地進(jìn)行處理，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度。

3國產(chǎn)化改造方案實(shí)施

3.1柜門控制屏安裝

對塔基和機(jī)艙柜進(jìn)行開孔，安裝柜門觸摸控制屏。

3.2TBC100控制柜改造

（1）斷開供電開關(guān)。驗(yàn)明無電壓確認(rèn)安全后，拆除ABB PLC上接線，保證線號齊全，整理好接線，取下ABB PLC。

（2）安裝塔基柜國產(chǎn)PLC及模塊導(dǎo)軌。

（3）重套上改造后的線號管然后壓接，接在對應(yīng)的信號點(diǎn)上。

3.3機(jī)艙控制柜改造

（1）斷開供電開關(guān)。驗(yàn)明無電壓確認(rèn)安全后，拆除原ABB PLC接線，取下ABB主、從站PLC。

（2）拆除原ABBPLC接線，取下ABB主、從站PLC。

（3）安裝國產(chǎn)PLC模塊、轉(zhuǎn)接板并接線。未使用的線均需用絕緣膠帶做好絕緣，安置在線槽中。

（4）塔基硬件改造前后對比。改造前塔基PLC模塊如圖2所示，改造后塔基PLC模塊如圖3所示。

（5）機(jī)艙硬件改造前后對比。改造前機(jī)艙P(yáng)LC模塊如圖4所示，改造后機(jī)艙P(yáng)LC模塊如圖5所示。

3.4靜態(tài)測試

導(dǎo)入PLC程序進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試，測試塔基與機(jī)艙通信是否正常，以及偏航、變槳CANOPEN通信是否正常。校驗(yàn)各種傳感器接線是否正確，分步驟逐一運(yùn)行機(jī)組各組成部件，保證信號連接良好，能夠具備運(yùn)行條件。

3.5動態(tài)測試

運(yùn)行進(jìn)行動態(tài)調(diào)試，檢測所有數(shù)據(jù)基本正常，改造正式完成。

4結(jié)束語

國產(chǎn)化改造方案的提出解決了ABB PLC存在的技術(shù)過時(shí)、備件緊缺和維護(hù)成本上升等問題。引入新的控制系統(tǒng)后，提升了SL1500機(jī)組的自動化水平和控制精度，降低了運(yùn)營成本，增強(qiáng)了供應(yīng)鏈安全。通過這次改造，不僅為機(jī)組的可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，也為我國的自主技術(shù)創(chuàng)新樹立了典范。