风机主控系统测试用半实物仿真平台研究

摘要

随着计算机科学的不断发展，仿真技术的应用领域不断拓展，仿真理论以及基础工具也不断创新。在当今工业社会的各个领域，通过仿真技术来提高产品的可靠性，缩短研发周期，降低测试成本已经成为了一种新的潮流。主控系统作为风电机组的核心设备，其可靠性决定着整台风机的稳定性。本文结合“嵌入式PLC系统国产化”项目，针对国产化的风机主控系统在现场测试中出现的成本高、效率低、故障难以复现等问题，在分析了风机主控系统在风机运行中的工作流程的基础上，结合当前已有的技术设备，引用半实物仿真思想，从技术方案、硬件平台、软件环境等方面研制了一套半实物仿真平台。可以在该平台上搭建风机模型，通过与HMI、SCADA系统的联合，实现风机主控系统的系统级测试，可以配合风机主控系统进行高低温、振动、电磁干扰等环境试验，提高可靠性。
　　本文对课题需求进行了系统分析，论述了半实物仿真平台在风机主控系统测试中的意义；分析了半实物仿真平台中各个硬件模块的工作原理，共分为AIO、DIO、CAN、程控电阻四种底层模块；从软件的角度将处理器与硬件模块划分为主从站结构，依靠由FPGA实现的协处理器处理内部数据任务，保证了主处理器的处理能力；依据底层MIO库函数，设计了每个IO模块对应的库函数，在Simulink的LIB库中设计了相应的接口模块，设计了每个模块的配置方式；通过RPC实现硬件系统与软件环境的数据交互，完成了Simulink对底层硬件模块上IO口的直接控制，实现了半实物仿真平台的建模环境构建；为了使风机主控系统能够在实验室获得与风场真实环境下一致的风机外部参数，依据风机主控系统的控制需求构建了风机的轮毂系统、变频器系统、变桨系统的数学模型，设计了其状态转换关系逻辑；将实际温度数据引入仿真系统，完成了温度系统模型的构建；在风机模型中配置了CANopen通信协议从站，实现了仿真模型与风机主控的CAN通信链路；对风机主控系统的控制策略进行了分析；搭建了半实物仿真平台，在实验室环境中对风机主控系统进行了系统级测试，通过SCADA系统对模拟风电场进行了验证。通过实践证明，半实物仿真系统能够很好的配合实现风机主控的系统级测试。半实物仿真测试，突破了风机主控系统级测试的难题，提高了测试效率，国产的风机主控系统将稳定、可靠、高效的成为万千风场的“中国心”。