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倍福助力“智慧风能”发展
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作者：刘军
& & & &在&互联网 +&已成为国 家战略的背景下，如何运用互联网思维促进中制造的质量提升，也将成为业不可忽视发展方向。有风电专家就此指出，融入大数据、等新一代信息技术的风组智能化将成行业的重要发展趋势，这也是风电行业在十三五期间布局着力点。 智慧 战略，简而言之就是充分利用、云计算大数据机器学习人工智能、智控制传感等技术，积极构建全球源互联网大格局提升产生、能源消费交易等各个环节的效率，挑战和颠覆传统管理应用方式，推进数字能源革命。
& & & &智慧风能是 智慧能源的重 中之组成部分 ，&智慧风 能&已经成为众多能企业布局的&首选策略&，着眼点在于提升风机运行质量，实现电场和源 能企业布局的&首选策略&，着眼点在于提升风机运行质量，实现电场和源 网的智能化集成。风电设备与慧场建为行业发展最新热点。
& & & &&智能风机&，在叶片和内外部加装了雷达 &智能风机&，在叶片和内外部加装了传感器雷达 ,用雷达监测风的 流动 性、强弱，通过传感器收集各项数据汇总到云端计算分析智能控制技术先进的测量技术、数据分析专家系统主动性能控制和基于可靠决策算法等，使得发电效率 提升 。除了智能风机外，我们发现电场的管理其实也有非 常大的提升空间。整个风电全生命周期能源管理才是客户最需要我们将风资源评估、场设计运维产管理电协同优化控制等全生命周期透明化、数字信息，结合物联网云计算大据等先进技术为客户真正构建&智慧风场全生命周期管理平台&。 客户真正构建&智慧风场全生命周期管理平台&。
1、智能风机对控制系统系统的需求
1）首先需要性能强大的CPU作为控制器系统的大脑
& & & &Beckhoff 目前推出了新型 CX2000 系列，这些功能强大的 CPU 是风力发 电机组制造商们喜爱的导轨安装式嵌入控器。 CX2000 系列采用的是 Intel Sandy Bridge Sandy Bridge 处理器。除此之外，还有经济型 处理器。除此之外，还有经济型 处理器。除此之外，还有经济型 处理器。除此之外，还有经济型 处理器。除此之外，还有经济型 Sandy Bridge Celeron Sandy Bridge Celeron Sandy Bridge Celeron Sandy Bridge Celeron &、Intel & Core& i7 Core& i7 处理器可供用户选择。甚至配备了 处理器可供用户选择。甚至配备了 处理器可供用户选择。甚至配备了 1.5 GHz 1.5 GHz 处理器（双核）的 处理器（双核）的 处理器（双核）的 CX2030 CX2030 系列采用的也是无风扇设计，因为没有旋转部件此运行非常稳定。 系列采用的也是无风扇设计，因为没有旋转部件此运行非常稳定。 系列采用的也是无风扇设计，因为没有旋转部件此运行非常稳定。 CX2040 拥有 2.1 GHz Intel & Core& i7 处理器 （4核）
2）高确定性的EtherCAT系统及超采样模块
& & & &EtherCAT 作为一个高速、实时总线系统进步完善了 Beckhoff 科技自动 化解决方案。 EtherCAT 不仅是成熟的控制现场总线，而且也测量。 只有这种基于以太网且具高度确定性的速现场总线协议才能实诸如状态 只有这种基于以太网且具高度确定性的速现场总线协议才能实诸如状态 只有这种基于以太网且具高度确定性的速现场总线协议才能实诸如状态 只有这种基于以太网且具高度确定性的速现场总线协议才能实诸如状态 只有这种基于以太网且具高度确定性的速现场总线协议才能实诸如状态 监测集成等复杂应用。 EtherCAT 功能原理决定了其有用数据传输率远超过 90% 的全双工高速以太网，且总线周期时间仅为几微秒。
& & & &结合倍福超采样技术将数值直接缓存在EtherCAT从站中，采样率可远远超过实际的总线周期：
& & & &a)数字量输入端子模块 EL1262 能够以高达 1 百万采样点 /秒的速度扫描 信号。 EtherCAT 端子模块 EL3702 能够以 16 比特的分辨率和高达 100 kHz 100 kHz 的 频率采样 &10 V &10 V 模拟量信号。 模拟量信号。 EtherCAT 从站中的分布式时钟能够确保整个网 络中的数据采样在时间上保持同步。抖动被显著降低到小于 1 微秒，甚至常 微秒，甚至常 会小于 100 纳秒。
& & & &b) EL3632 也是一种 EtherCAT 超采样端子模块。该适合用于状态监 超采样端子模块。该适合用于状态监 测应用 ，在实际测应用 ，在实际中，振动必须通过加速度传感器或麦克风进行采样。带 中，振动必须通过加速度传感器或麦克风进行采样。带 中，振动必须通过加速度传感器或麦克风进行采样。带 IEPE （压电集成路）接口的传感器可直连到双通道端子模块上，无需前置 （压电集成路）接口的传感器可直连到双通道端子模块上，无需前置 （压电集成路）接口的传感器可直连到双通道端子模块上，无需前置 放大器。基于不同等级的硬件滤波，可以实现 0.05 Hz 0.05 Hz 至 50 kHz 50 kHz 50 kHz 的信号采样 频率。
& & & &c) EL3773 是一款监测端子模块， 使用超采样技术原始网数据，采样高达 10kHz, 实时采集电网压流，通过EtherC AT 分布时钟又可以满足采集的同步。实时监测各个节点相位、频率幅值，对电网的波动做出快速调节。使用 TwinCAT 3的功能库，还对电网 40 次以内的谐波， THD 等等进行分析。 EL3773 是一款电力监测端子模块，用于采样原始网数 据而不振动据。电流和压采样高达 10 kHz ，这使得端子模块适合与其它网络同步。
& & & &超采样模块宽度仅为 12 毫米的模块的主要优点在于它具有高度灵活性。EtherCAT 总线系统提供了几乎无限的可扩展性能。这就意味着实际的测量应用程序，例如齿轮箱监测，可以在新系统中实施或在现有系统中进行升级改造。由于控制器的结构非常紧凑，且 TwinCAT 软件接口具有良好的开放性，独立系统将成为主流。该类独立系统目前已在一些陆上风力发电机组中得到应用，用于在CX5020 控制器的基础上监测主轴承和齿轮箱。为此，用五个 EL3632 超采样端子模块和一个 EL3413 电力测量端子模块配备了一个终端控制柜。UMTS 调制解调器和紧凑型加热器可以作为附加选项集成。视可用的接口而定，状态监测系统也可集成到现有的控制器中。
3、智能软件&
1）TwinCAT3
& & & &基于Microsoft Visual Studio的TwinCAT3开发应用软件，为实现智能化的软件控制技术提供有力保证。eXtended Automation Engineering (XAE)把所有的开发工具集成在 VS 这个框架中TwinCAT3实时核能够实现多任务多处理器的运行。
& & & & TwinCAT3
& IEC61131-3 增加面向对象编程&
& & & & 利用 C 和 C++ 来进行编程
& & & & 在Matlab&/Simulink& 环境编程并通过WORKSHOP产生C代码
在为 TwinCAT 3 Run-Time 环境创建Matlab&/Simulink&模型时，无需使用Beckhoff的特殊组件或对原始模型进行其它修改。Matlab&及 Simulink&编译器会自动生成 C++ 代码，然后 C++ 代码会被编译到 TwinCAT 3 模型中。通过实例化，用户可以轻松地重新使用模块。例如，用户可以在 TwinCAT 中直接看到设置断点的 Simulink&框图。
2）倍福基于TwinCAT3平台开发出Tcwind
& & & &Tcwind是倍福开发的提供基本功能的风力发电机组，具备设计支持开发、调试和维护功能。能够实时处理和捕捉所有重要数据，每个组件独立或与其他组件组合工作。能够灵活的配置、诊断、监控，在线监测，组态和交互适用于每一个应用程序。实现历史诊断的连续记录和评估及保存，实现数据上传和下载。&
3）TwinCAT 3 状态监测软件库
& & & &最新的TwinCAT 3 状态监测软件库提高了这些选项的利用率。通过快速任务记录原始数据，然后通过慢速任务进行进一步处理。这样可持续记录需测量的数据，然后通过诸如功率谱、峰态、波峰因数及包络谱等算法进行分析。用户无须担心任务间的通信，因为状态监测库会自动对其进行处理。
4）TwinCAT Scope 还实现了科技自动化软件所有相关信号的可视化
& & & &TwinCAT Scope 由两个组件构成，其中，View 组件用于以图表的形式显示信号；Server 组件用于将数据记录在目标设备中。TwinCAT 3 安装文件通常包括基本版的 Scope。这特别适合用于系统调试。Scope 能够让用户以图形化方式快速概览设备状态。使用不同的光标可以精确读取测量数据，其精度甚至可以达到微秒级范围。如果数值范围较大，可切换至对数显示。Scope 产品实现了许多额外的功能，例如长期记录或集成在.NET 可视化软件中。所有级别的 Scope 产品都可显示EtherCAT 测量端子模块的超采样值。&
图3、使用TwinCAT Scope显示对数信号分析
&5）TwinCAT IoT
& & & &TwinCAT3还可以为快速、有效的实时物联网和工业4.0概念的实现提供完整的解决方案。TwinCAT IoT 支持标准的云通信协议，可以发送推送信息到智能终端。作为传统控制任务的扩展，通过诸如大数据存储、模式识别、或者状态及功率监控等功能有效地提升了我们产品的竞争力。TwinCAT 3 IoT可以很简单地进行配置. 它和嵌入式PC或者IPC一起可以作为一个物联网的控制器，为物联网和以太网服务器提供无缝的连接。升级的软件平台为用户提供了广泛的功能用来实现过程数据的交换，比如标准的通信协议、访问云服务商提供的特殊数据和云服务器。常见的公共云系统如微软的Microsoft Azure& 或者亚马逊的Web Services&。当然这些服务器也可以部署在本地网络上。
&6）TwinCAT OPC UA&
& & & &&OPC Unified Architecture (UA)是下一代经典的OPC标准，它描述了全球标准的通信协议，允许基于不同平台的设备之间传输数据实现通信。OPC UA&符合工业4.0和物联网的需求，这正是它成为工业4.0官方的通信协议的原因。
OPC UA一个最主要的特点是在通信堆栈中标准集成了安全机制。&
TwinCAT OPC UA 运行访问TwinCAT的实时核，也可以和其他UA设备直接进行通信，它包含了客户端和服务器功能更是提高了系统通信的灵活性。&
通过基于PC的控制技术，TwinCAT自动化软件支持OPC通信（服务器和客户端）&
4、智能变桨系统&
& & & &智能风机最重要的组成部分应该是变桨系统，智能变桨系统包括：超级电容或电池的性能检测功能、变桨驱动器及电机的性能检测、各部件的温度、供电系统电压、电流检测、滑环性能检测、轮毂振动监测、叶片振动、应变检测、除冰功能，并且实现变桨系统的远程维护功能，故障日志文件记录读取，与主控系统的无线冗余功能。
叶片是风电机组的主要部件，其结构强度直接影响到风电机组的工作效率和运行可靠性。风电机组叶片的工作环境除了承受变化的空气动力外，还受到本身惯性力以及机舱带来的负荷，很容易发生振动。风电机组的叶片上安装振动加速度传感器。由于风速变化而引起叶片在轴向方向上产生振动，该振动加速度传感器能够对叶片振动的加速度数值进行采集测量，反应叶片振动的运动性质。
在智能变桨系统控制器中，实时采集各振动数据，在程序中加入对振动数据的实时采集实时滤波计算FFT处理，可以高效的配合主控实现最佳叶尖速比的获取，最大性能的提升风机利用率。&
变桨系统数据采集处理模型&
5、智能变流系统
& & & &BECKHOFF推出基于EtherCAT通讯的IPC控制平台，当然也推广到中；EtherCAT满足变流器内部快速实时通讯的要求，可以实现循环时间在50us；EtherCAT具有实时、同步、可靠特点；变流器内部EtherCAT线路冗余。采用与主控系统统一主站通过EtherCAT连接IO模块，以及PIB（功率接口板）IGBT控制板可以高效的实现变流器的实时控制。
6、智能化的风场网络
& & & &基于Beckhoff技术的实时风场网络控制,整个风场网络的响应时间小于1ms。&
1）电网波动的快速响应
电网波动的快速采集，低电压穿越和高电压穿越的命令快速下发。
2） 整个风场网络有功功率的控制&
通过优化算法计算得到每一台风机的有功功率数值，整个网络作为一个整体控制。
3） 整个风场网络无功功率的控制（电压控制）
通过优化算法计算得到每一台风机的无功功率（无功电流）数值，整个网络作为一个整体控制。协调整个风场网络的无功功率，确保并网点的电压恒定。
4） 频率控制&
确保并网点的频率恒定。
& & & &Beckhoff 科技自动化技术将高性能工业 PC 或嵌入式控制器、高确定性的EtherCAT现场总线系统和智能软件完美整合于一体，为将来智慧风能作出应有的贡献。智慧风机的单机运行数据收集、积累、计算，总结各种型号风机的共性缺陷和风资源利用率，为现有风机的技术创新、工程项目后评价工作及未来新建场站风机选型提供强有力的数据支持，确保投资效益最大化。智慧风机通过功率曲线拟合、功率曲线对比、单机横向对比、单机纵向对比、单机监视及报警关联部件、单机性能分析、曲线偏差率排行榜、风机切入切出风速对比、单机绩效榜等功能的实现，基本完成了对风场电站运行指导、运行建议的全覆盖，实现最大程度提高发电量的目的，并寻找到利润增长点。&
标准对于任何一个行业来说都是至关重要的，无论是...
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型号/规格：EK1100品牌/商标：BECKHOFF环保类别：无铅环保型
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VIP会员 第 6 年
类型：经销商
联系人：杨小姐/张小姐
地址：广东深圳深圳市龙华新区明治街道梅龙路南源商业大厦811
(1)N (1) (90) (1) (7) (5) (882) (1108) (1) (29) (218) (58) (140) (19) (16) (4) (1) (38) (3) (444) (31) (1) (6) (4) (1) (2) (1788)
DeviceNet™现场总线耦合器使得灵活的INTERBUS Inline自动化系统可用于DeviceNet™现场总线。
利用该现场总线耦合器，可在DeviceNet™网络中任何点插入INTERBUS Inline站。
该现场总线耦合器在DeviceNet™中作为从站设备，而在下一层INTERBUS Inline本地总线中则作为主站设备。
DeviceNet™从站的地址可以通过DIP开关在外部进行设置。 DeviceNet通过Twin Combicon连接器进行连接。 使用单独的电源连接器可为现场总线耦合器和电子模块提供工作电压。
对于DeviceNet™项目规划，可在产品信息服务（见下文）中提供经常更新的EDS文件（电子数据单）。 DeviceNet™现场总线耦合器支持已得到公认的INTERBUS Inline诊断，还支持传统的DeviceNet诊断对象。 本地LED可以实现精确的诊断。
当系统组态时，请注意以下事项：
所有连接到DeviceNet™现场总线耦合器的总逻辑电流不得超过所允许的最大总电流，即2 A。因此，根据不同组态，可以连接的模块总数可能少于63个。
关于重量规格的注意事项
带针式连接器
环境温度（运行）
-25 °C ... 55 °C
环境温度（存放/运输）
-45 °C ... 85 °C
允许湿度（运行）
95 % (无冷凝)
允许湿度（存放/运输）
85 % (无冷凝)
空气压力（运行）
80 kPa ... 106 kPa (最高可达海拔3,000米)
空气压力（存放/运输）
70 kPa ... 106 kPa (最高可达海拔3500米)
现场总线系统
Inline本地总线
Inline数据跨接块
现场总线系统
DeviceNet™
DeviceNet™
2 x 5位TWIN-COMBICON连接器
500 kBaud, 250 kBaud, 125 kBaud (可通过DIP开关或编程进行设置)
8位Inline连接器
总线耦合器的系统限制
可连接本地总线设备的数量
带参数通道的设备数目(PCP)
用于电子模块的电源
供电电压范围
19.2 V DC ... 30 V DC
类型 100 mA (未连接现场总线设备)
最大 1.25 A
Inline电位路由
通信电压 UL
7.5 V DC ±5 %
最大 2 A DC (注意降低值)
主电路UM电源
24 V DC -15%/+20%（符合EN 61131-2标准）
最大 8 A DC (UM +US)
分段电源电压US
24 V DC -15%/+20%（符合EN 61131-2标准）
最大 8 A DC (UM +US)
I/O电源电压UANA
24 V DC -15% / +20%
最大 0.5 A DC (注意降低值)
回拉式弹簧连接
类型：经销商
联系人：杨小姐/张小姐
地址：广东深圳深圳市龙华新区明治街道梅龙路南源商业大厦811
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电子元器件产品索引： &B&&&&F&&&&J&&&&N&&&&R&&&&V&&&&Z&&&&3&&&&7&&如何拓宽控制器的输出电压范围
控制器能够调节最高输出电压：例如，LM5140-Q1能调节的最高输出电压是15V。但在很多应用中（如在一种工业应用中，为可编程逻辑控制器(PLC)和工厂自动化设备供电的标准运行总线为24V），设计工程师需要调节更高的电压。
在本文中，我将介绍如何使用LM5140-Q1为具有24V输出电压、3A负载电流的工业应用提供电源。LM5140-Q1专为需要调节8V以下输出电压的汽车应用而设计。增加一些外部组件后，您可以将LM5140-Q1用于工业应用。
开始设计前，应考虑以下事项：
?&& LM5140-Q1需要一个连接VCCX的外部5V偏置电源。
?&& 需要对缓冲放大器进行OR&d二极管配置，以确保启动时的功能运行。
?&& VCCX绝对最高电压是6.5V。
?&& VOUT引脚需要较低的阻抗输入。阻抗足够低的电阻分压器可吸走大量电流，从而影响系统的效率。
?&& LM5140-Q1内部斜率补偿会控制电感器和RSENSE的选择。
图1所示为如何对LM5140-Q1进行配置，使其能够调节15V以上的电压。将VO1设为5V并连接至VCCX。这样会禁用LM5140-Q1的内部调节器，减少控制器的功率耗散。
图1：带输出范围更宽的外部组件的LM5140-Q1图解
您可以使用反馈电阻器，为LM5140-Q1配置可调输出电压，或不使用反馈电阻器，为LM5140-Q1配置两个固定输出电压。请参阅LM5140-Q1数据表了解更多详情。
使用方程1将输出电压设为24V：
其中：VREF&= 1.2V。参见图1中的图解。
我建议将RFB1的起点电阻设在10k?-20k?之间（方程2）：
218 k?并非标准的1%电阻值，因此使用：215k?
您需要使用两个相同的分压器来感测电流传感电阻器RCS和VO2之间的差分电压。缓冲放大器的输入是高输入阻抗，不会影响电源效率，而放大器的输出是低输入阻抗，可以驱动LM5140-Q1的VOUT2引脚。
LM5140-Q1 CS引脚的绝对最高额定电压为5V。为避免违反绝对最高额定电压值，您应使用电阻分压器网络来降低CS引脚处的电压。使用相同的分压器比率来降低在缓冲放大器输入端感测的电压，以确保在VO2处感测到的电压相同。缓冲放大器的共模电压需要高于在其地面输入端看到的电压。这种情况下，共模电压需要高于(0.7R/1R) x 24V = 16.8V。
VO1或VO2&& 或二者，可使用所述的外部电路。使用外部偏置电源为LM5140-Q1VCCX引脚供电。
要计算输出电感器LOUT，使用以下设计步骤，以方程3开始，该方程假设30%的电感脉动电流：
其中，LX是1.0 +/-0.25，FSW&是LM5140-Q1的振荡器频率(440kHz)。
因此，我为该应用选择了55&H的电感器。
电感器数值较低时会增加峰间电感器电流，最大限度减小尺寸、降低成本并提高瞬态响应。但是电感器数值较低时，由于均方根(RMS)电流较高，因此会降低效率。
电感器数值较高时会降低峰间电感器电流，并提高效率。您可能需要使用更大的输出电容器来满足既定的瞬态响应要求。
电流传感电阻器
要计算电流传感电阻器的值，需要将最大输出电流(IOUT)乘以120%，以确保电流限制不影响满负荷运转：3.248安培峰值(Apk)的120%是3.89Apk。
分压器会减弱CS引脚和VOUT引脚之间的差分电压，从而影响内部斜率补偿和电流限制设定值。输出电压为24V时，分压器中使用的外部电阻器的比率是0.7。方程7解释了出现这种减弱的原因：
其中，VCS是电流限制设定值，LM5140-Q1的VCS是75mV，A是电阻分压器网络衰减系数，为0.7。
LM5140-Q1专为需要调节8V以下输出电压的汽车应用而设计。加装一些外部组件后，使用本博文中详述的设计方法，可以将LM5140-Q1控制器用于需要输出电压超过CS引脚和VOUT引脚绝对最高额定电压的工业应用。
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近年来，随着社会的发展，PLC可编程序控制器在工业生产中得到了广泛的使用，同时技术人员对其使用要求也...
如何提升PLC的编程效率？
三菱 FX 系列plc的基本逻辑指令。取指令与输出指令（LD/LDI/LDP/LDF/OUT）（1）...
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今天给大家普及一下PLC的点动控制原理，这篇文章主要是讲给PLC初学者的。
DCS控制系统，在国内自控行业又称之为集散控制系统。即所谓的分布式控制系统，是相对于集中控制系统而言...
本文详细介绍了实现永宏PLC接伺服控制，希望对机电控制的工程师有所帮助。
所谓失压保护是指电源电压过低或突然消失时，电动机自动停止运行，在电源恢复正常时电动机不会自行起动。在...
RTU是Remote Terminal Unit（远程测控终端）的缩写，是SCADA系统的基本组成单...
本文介绍了基于S7-200系列PLC的智能温度控制器系统。阐述了温度控制的实现方法。介绍了VB环境下...
PLC中无非就是三大量：开关量、模拟量、脉冲量。只在搞清楚三者之间的关系，你就能熟练的掌握PLC了。
PLC编程九步走，少一步你都成不了高手！科学的PLC编程步骤其实很简单，但往往大多数工程师就是认为简...
现今社会，自动化装置无所不在，在控制技术需求的推动下，控制理论本身也取得了显著的进步。水塔水位的监测...
基于当前中央空调行业冷水机组的技术不断趋于成熟为起点，对楼群制冷和制热方面进行分配和能源管理优化为目...
PLC作为工业控制的核心产品，已经产生了很多变化，这一切要归根于IT技术带来的革命。存储越来越便宜而...
随着可编程控制器（简称PLC：ProgrammablelogicController）的从无到有，功...
产生微波的设备是磁控管。通过PLC控制中间固态继电器来驱动升压变压器，电压约为6000V。磁控管是一...
数字/二进制传感器和开关对信号监测和系统控制至关重要，广泛用于工业控制、工业自动化、电机控制和过程自...
随着社会的发展，人们对生活办公条件要求越来越高，小区监控/智能楼宇自控系统成为了目前的发展方向。传统...
MCGS 设备驱动程序的选择，如图所示，在窗口左边的列表框中列出了MCGS 所有的设备（在MCGS ...
Profibus是目前工控系统中最成功的现场总线之一，得到了广泛的应用。它是不依赖于生产厂家的、开放...
某电厂化学水处理系统基础设备具有良好的可控性，利用PLC和工业控制计算机对其进行实时监控管理，系统基...
1在继电器、接触器上的故障点
此类为最为多发的故障点。如生产线plc控制系统的日常维护中，...
继电器是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的...
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