重慶科凱前衛(wèi)風(fēng)電設(shè)備有限責(zé)任公司營銷總監(jiān)王科：智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)——御風(fēng)者4.0簡(jiǎn)介

　　

 

重慶科凱前衛(wèi)風(fēng)電設(shè)備有限責(zé)任公司營銷總監(jiān)王科先生

 

　　王科：各位領(lǐng)導(dǎo)大家好，我這次主要分享的是關(guān)于我們公司系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)和開發(fā)流程。

 

　　首先簡(jiǎn)單介紹一下我們公司，我們主要是做風(fēng)電控制這塊一體化的解決方案，我們公司的理念是將風(fēng)為我控制，待會(huì)兒我也分享到我們這個(gè)平臺(tái)的介紹，我們主要是主控、變頻、變槳三塊產(chǎn)品，在陸上和海上都有超過5000套的運(yùn)行。

 

　　這次分享主要分兩塊，一是控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)，二是控制系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)。

 

　　首先看我們的控制系統(tǒng)的軟件架構(gòu)，主要是分五層，從最下面一個(gè)是硬件模塊這一層，中間是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，再往上是核心模塊，滿足各個(gè)應(yīng)用程序模塊，再上面是配置數(shù)據(jù)庫層。

 

　　硬件模塊沒什么說的，主要是用我們行業(yè)比較通用的PLC，這一塊是我們硬件模塊也是我們控制系統(tǒng)的相當(dāng)于是比較基礎(chǔ)的一部分。實(shí)施操作系統(tǒng)我們用的是Vxworks操作系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)性好、體積小等優(yōu)點(diǎn)。核心模塊底層核心數(shù)據(jù)處理框架，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)傳輸與風(fēng)機(jī)控制邏輯層之間的數(shù)據(jù)分離，實(shí)現(xiàn)硬件模塊與應(yīng)用程序模塊之間快速高效的數(shù)據(jù)連接。應(yīng)用模塊包括功率、速度控制器模塊、風(fēng)機(jī)各部件應(yīng)用程序模塊等。其中最重要的，我待會(huì)兒會(huì)展開講，我們講功率速度控制器。配置數(shù)據(jù)庫用于啟用應(yīng)用程序配置，獨(dú)立于應(yīng)用程序運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)類型、參數(shù)配置，可以處理單個(gè)數(shù)據(jù)庫中的所有風(fēng)機(jī)設(shè)置。

 

　　我們來看一下我們的控制系統(tǒng)，包括整機(jī)的開發(fā)流程。首先我們是做控制策略方面的設(shè)計(jì)，我們機(jī)組是怎么運(yùn)行的，這一塊是比較初期的一個(gè)概念設(shè)計(jì)。風(fēng)機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)里面最重要的就是載荷方面的設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@一塊涉及的安全，設(shè)計(jì)到其他大的部件的輸入。軟件設(shè)計(jì)主要是機(jī)組，以及其他幾個(gè)部件，包括變頻器、變槳等等。機(jī)組設(shè)計(jì)好之后會(huì)到風(fēng)機(jī)長運(yùn)行，最終運(yùn)行過程中會(huì)采集機(jī)組的數(shù)據(jù)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最后我們就會(huì)進(jìn)行一個(gè)優(yōu)化，這是根據(jù)我們的理解，我們機(jī)組包括控制系統(tǒng)開發(fā)的一個(gè)大致的流程。

 

　　那么問題來了，首先我們第一步的控制策略設(shè)計(jì)，首先這個(gè)策略設(shè)計(jì)出來，現(xiàn)在很多是外面的設(shè)計(jì)公司給的設(shè)計(jì)策略，或者直接給的那幾個(gè)公式，這個(gè)公式怎么實(shí)現(xiàn)到真正機(jī)組的運(yùn)行里面，它運(yùn)行的效果怎么樣，有沒有達(dá)到最終預(yù)期的目標(biāo)？

 

　　載荷設(shè)計(jì)，載荷設(shè)計(jì)現(xiàn)在基本上風(fēng)場(chǎng)都用仿真方式來做，怎么確?，F(xiàn)在仿真用的控制策略就是你最終想要的，或者跟你最開始設(shè)計(jì)的，現(xiàn)在很多廠家用仿真的話講內(nèi)控跟外控，內(nèi)控不是財(cái)務(wù)上的內(nèi)控，內(nèi)控很多時(shí)候是講控制器，外控講的是外掛的外部控制器，這樣的問題我們就考慮這兩個(gè)控制器真的是一樣的嗎？它有可能是兩個(gè)團(tuán)隊(duì)或者兩波人甚至是兩個(gè)公司做得嘛！

 

　　軟件設(shè)計(jì)，用內(nèi)控、外控不同的團(tuán)隊(duì)，不同的人員有可能設(shè)計(jì)會(huì)用到不同的平臺(tái)，不同的平臺(tái)中間會(huì)考慮到代碼的移植，誰來保證代碼移植的一致性？

 

　　數(shù)據(jù)采集，大家考慮過沒有？我們風(fēng)機(jī)運(yùn)行的所有數(shù)據(jù)您都采到了嗎？昨天下午高端對(duì)話的時(shí)候謬總說了一句話，采集到的數(shù)據(jù)大家真正理解到數(shù)據(jù)的真正價(jià)值了嗎？

 

　　優(yōu)化后的機(jī)組效果如何驗(yàn)證，到底達(dá)到我們最開始優(yōu)化的效果了嗎？這就是我們想跟在座的各位專家一起探討的。

 

　　現(xiàn)在推出我們這次分享的主題，我們講控制系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)，我們給它驅(qū)了個(gè)名字叫御風(fēng)者，我們形成一個(gè)閉環(huán)的開發(fā)。為什么用御風(fēng)？我感覺這個(gè)詞好像大家都挺喜歡的，上次風(fēng)能展看到的材料，包括這次口袋里面金風(fēng)的材料也有，御風(fēng)而行，我們也不巧剛好也用了這個(gè)詞，主要是大家可能估計(jì)都看過這個(gè)書，《莊子·逍遙游》里面說“夫列子御風(fēng)而行，泠然善也。”因?yàn)槲覀児咀隹刂频模覀冋f風(fēng)為我控，在座的也是想怎么把風(fēng)受自己的控制，把它轉(zhuǎn)化為風(fēng)能，所以取這個(gè)名字。

 

　　每個(gè)環(huán)節(jié)展開，首先在控制策略設(shè)計(jì)這一塊，最重要的就是功率和速度的控制，這一塊我們是在Simulink里面搭建我們的整機(jī)和策略的模型，這個(gè)策略的模型主要是通過將槳距角和發(fā)電機(jī)輸出功率控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，時(shí)間關(guān)系我就不展開了。其他的一些策略，比如在寒冷環(huán)境下機(jī)組怎么運(yùn)行，這也是我們機(jī)組的策略。昨天電科院的秦主任講到機(jī)組的調(diào)頻，這個(gè)剛好我們也做過一些相應(yīng)的研究，今年也跟電科院做了一些測(cè)試，通過對(duì)電網(wǎng)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，應(yīng)該技術(shù)上是可以實(shí)現(xiàn)的。

 

　　載荷設(shè)計(jì)剛才講主要是做載荷的仿真，首先把我們搭建的機(jī)組控制模型在Simulink進(jìn)行仿真，算法上沒有多大問題的話就驗(yàn)證我們的算法是OK的，這個(gè)是我們的Simulink的模型。第二部分是通過Simulink生態(tài)動(dòng)態(tài)鏈接庫，從這個(gè)階段就可以看到剛才講的所謂內(nèi)控跟外控，這個(gè)是我們的外部動(dòng)態(tài)鏈接庫，就是DLL文件，可以挖掛到Bladed外掛控制器，進(jìn)行載荷仿真。

 

　　軟件設(shè)計(jì)，還是分剛才這兩塊，功率速度控制器在Simulink里面可以通過一個(gè)M-Target直接編譯程.m文件，直接用于PLC運(yùn)行。另外一個(gè)策略可以通過巴合曼或者倍福一些平臺(tái)，符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)要求的代碼，用于PLC運(yùn)行，這是我們其他策略開發(fā)的界面。

 

　　數(shù)據(jù)收集，這一塊我們可能要多花一點(diǎn)時(shí)間，數(shù)據(jù)采集，我們用到我們公司獨(dú)有的一個(gè)叫做I-BOX模塊，這個(gè)模塊通過剛才講的核心層的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)高速大量的傳遞，最短采樣周期10ms，記錄數(shù)據(jù)包括運(yùn)行數(shù)據(jù)、事件、命令、參數(shù)，這樣機(jī)組運(yùn)行的所有數(shù)據(jù)都通過我的核心層傳遞到數(shù)據(jù)庫里面，就是我們可以講，它是我們機(jī)組運(yùn)行的黑匣子。比如運(yùn)行數(shù)據(jù)的那些功率、風(fēng)速、發(fā)電轉(zhuǎn)速這種變量我們?cè)u(píng)估下來它的儲(chǔ)存時(shí)長可以達(dá)到一個(gè)周，其他的比如說運(yùn)行日志因?yàn)檫\(yùn)行量相對(duì)小一點(diǎn)，這個(gè)數(shù)據(jù)我們工程師也測(cè)算過可能可以存儲(chǔ)到10-20萬條，就是我們風(fēng)電機(jī)組全生命周期的數(shù)據(jù)都可以進(jìn)行采集。然后這些數(shù)據(jù)拿到手上之后就回到剛才那個(gè)問題，這個(gè)數(shù)據(jù)能夠做什么？我們待會(huì)兒可以簡(jiǎn)單的做一些狀態(tài)的評(píng)估、故障監(jiān)測(cè)，再往深有可能做數(shù)據(jù)的挖掘，算法的優(yōu)化。

 

　　數(shù)據(jù)分析，由于時(shí)間關(guān)系我就不展開了，比較初級(jí)的階段可能做時(shí)域的分析，比如功率曲線的優(yōu)化，故障時(shí)序，再往深入走的話可能應(yīng)用一些相對(duì)比較專業(yè)的數(shù)據(jù)分析的軟件，比如一些大數(shù)據(jù)分析的軟件，對(duì)我們數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，比如說舉個(gè)例子可以把我們的轉(zhuǎn)速從時(shí)域變化到頻域，看機(jī)組振動(dòng)的頻率有沒有異樣的情況，通過一些專用的濾波器對(duì)頻率進(jìn)行抑制。另外研究的就比較多了，比如昨天說的壽命監(jiān)測(cè)等等，剛好這就是我們做得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的分析，來識(shí)別機(jī)組的固有頻率，這樣會(huì)抑制機(jī)組的振動(dòng)，對(duì)機(jī)組安全是非常有幫助的，這是我們的數(shù)據(jù)分析這一塊。

 

　　再到優(yōu)化這一塊，我們這個(gè)做得也比較有特點(diǎn)，首先我從I-BOX里面采集到數(shù)據(jù)，因?yàn)樗木确浅８?，然后?shù)據(jù)再導(dǎo)入到載荷的仿真平臺(tái)，然后可以把機(jī)組運(yùn)行的情況在我們仿真平臺(tái)下進(jìn)行復(fù)線，這個(gè)故障是模型的問題還是什么問題，平臺(tái)上面得到的仿真結(jié)果跟我們實(shí)際機(jī)組在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的結(jié)果是一樣的嗎？如果不一樣的話那是不是我得反過頭來優(yōu)化我的模型，或者優(yōu)化我的控制策略，這么一個(gè)環(huán)節(jié)，這就剛才我們強(qiáng)調(diào)的能夠形成一個(gè)閉環(huán)，而且我們?cè)谄脚_(tái)里面的代碼直接可以生成PLC或者動(dòng)態(tài)鏈接庫，這樣就可以形成閉環(huán)的開發(fā)流程。

 

　　這就是我們所謂的整個(gè)開發(fā)平臺(tái)的全局，大家可以看一下，從最開始的在Simulink里面建立的模型，然后Simulink導(dǎo)出到DLL到方針平臺(tái)，再通過其他的第三方開發(fā)軟件開發(fā)機(jī)組其他的一些策略以及代碼，最后代碼放到控制柜再到風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行，最后再實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的采集然后數(shù)據(jù)的分析，最終再導(dǎo)入到控制策略的研發(fā)類的仿真平臺(tái)，這樣子形成一個(gè)閉環(huán)。實(shí)際上這么一個(gè)圈，大家看一下，也符合我們質(zhì)量控制里面的PDC的循環(huán)，右上角這塊可能就是我們的策劃階段，在右下角這部分我們講坐標(biāo)的第二象限，這部分就是我們實(shí)施的階段，再到后面的測(cè)量到檢測(cè)，再到優(yōu)化，通過這么一個(gè)閉環(huán)的開發(fā)就能夠很好的把數(shù)據(jù)流中間相應(yīng)的數(shù)據(jù)孤島打通，這樣形成一個(gè)閉環(huán)的開發(fā)流程。

 

　　這是我的分享，謝謝大家！

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