贝加莱风电控制系统设计革新理念

1.风力发电控制系统开发的成本和风险
　　对于风力发电的控制系统设计而言，意味着巨大的风险，因为这些在野外工作的控制器要执行非常恶劣环境下的控制任务，而且，由于远离城市，稳定性可靠性的要求极其高，否则将会造成极大的维护成本，这是风力发电的特殊需求，如何确保所设计的控制器是有效可用的？因为在线的现场测试意味着巨大的投入，另一方面，客户允许你将一个不成熟的控制器在现场反复的测试吗？他们要采购的是一个直接投入使用的机组，而不是一个半成品，当你在开发新的机组控制的时候，以前的经验可以借助，可是，最好的方式是它在被运到现场之前，控制器已经经过了大量仿真分析，被验证过可靠的，只需要现场的参数调试即可运行的，有时候你需要做的测试是无法搭建现实条件的，比如：风速超速，另一些测试甚至是需要进行风险极高的临界和超限测试的，这些巨大的风险如何被规避？

2.广泛使用的控制器V形开发流程
　　为了解决在控制器设计中的风险和成本的降低问题，在各个行业里广泛使用了被验证为切实有效的V形开发流程。它将系统定义、设计仿真、快速原型、在环测试进行了统一的规划，按照这个流程，严格执行的设计流程，控制器被以一种低成本和低风险的方式完成，在诸多领域，如：飞机发动机、汽车引擎及整车设计、FPGA的芯片应用设计、建筑防灾设计等等，被广泛证明是一项极其有效的控制器设计和仿真平台。
　　B&R的Automation Studio具有这样构建系统控制器的能力，尤其适应于风力发电这样Modeling Based的控制器设计领域应用。
　　目前这个广泛使用的先进设计理念在机械制造业的设计中尚未被真正采用，B&R前瞻性的预测到未来软件正在成为系统设计的关键，而先进的设计理念将为客户降低大量的测试成本和风险，这是一项非常具有竞争力的利器，因此，2008年初，B&R推出在其系统中集成了Matlab SIMULINK用于仿真和Stateflow的逻辑仿真工具，并且将Embedded Real-time workshop coder集成于Automation Studio架构中用于代码的自动生成。
　　下面这个流程框架图清晰的描绘了整个V形开发的过程，它基于服务客户的整个需求，以客户需求为中心设计整个系统，构成一个闭环的控制器设计系统。

2.1系统定义：根据系统设计要求，完成机组整个控制的设计需求分析、设计规范，如功率控制算法软件模块、变桨伺服控制算法、机组逻辑、控制对象参数等。这些建立在深刻的理解行业需求和深度的客户沟通基础上来实现，因此Customer是这个V形的关键环节。

2.2建模与仿真：根据控制系统定义，将整个系统在计算机软件环境下实现，即对控制器的控制逻辑、控制对象环境进行建模仿真，以帮助设计者在先期就对系统指标、误差等进行快速评估。仿真工具是集成在Automation Studio内部的Mathworks Matlab/Simulink®.Simulink及stateflow工具允许我们使用可视化的工具和组件来建立控制系统的模型，并进行有效的仿真

　　“Modeling Based”是一个理念，基于建模对于风力发电而言极其重要，建模使得各种控制器所需组件物理形式的均可在模拟环境中被集成进来，整个机组的模型可以分为独立的单元和快速的合并单元构成整个系统，它能够对每个独立单元的仿真，也能将整个模型集成进行仿真。

2.3快速原型：快速控制原型(Rapid Control Prototype简称快速原型)，因为软件仿真不能完全体现实际的动态环境，需要开发一个控制器硬件原型用以在真实环境下验证算法，即将控制器模型下载到一个实时硬件平台，并通过I/O连接至真实环境中的传感器、执行器并进行测试，该过程即快速原型，也常称为软件在环。选用实时硬件平台是为了仿真的时效性、确定性和稳定性。B&R的X20 CPU系统即是一个真正意义的实时硬件平台，它具有Automation Runtime这样的定性实时操作系统，控制器的实际分布式X20I/O也可以被直接连接到这个控制器上，以及其它的现场设备，通信接口等均可以用于构成一个完整的控制系统所需的各种组件，例如，为了获得温度、振动、转子转速、风速、风向的传感器接入到这个硬件平台中来。

2.4代码自动生成与软件测试：控制器模型在通过快速原型环节验证之后，将该模型自动或手工生成C代码或其它支持类型的代码，并下载到控制器。并对所产生的目标代码进行测试。
2.4.1代码自动生成：在Automation Studio中集成了Embedded Real-time Workshop Coder，它可以将SIMULINK设计的模型和仿真结果生成代码，所生成的代码具有极高的效率，也支持其它的代码集成，这样生成的代码将被下载到硬件环境中来执行硬件在环环测试。

2.4.2硬件在环(Hardware in the Loop)是指将已下载目标代码的控制器通过I/O连接至先前建立的环境模型(硬件在环仿真器)，并测试该控制器在各种工况下的功能性和稳定性。硬件在环是一个闭环的测试系统，可重复地进行动态仿真;可在试验室里仿真风速的变化、湍流对机组的影响，机组温度升高、变桨等极限情况，无需真实的测试环境组件，并且可以反复进行，节约测试成本，通常它是被用于风险较高和成本较高的临界条件测试和极限工况，没有实际风险;并可通过软件、硬件来模拟开路、与地短接、以及模拟传感器、执行器出错情况系统的响应逻辑及过程。

3.平台利器

　　B&R Automation Studio集成的SIMULINK及Coder个工具构筑了一个风力发电整机控制器设计的解决方案平台，它将基于Modeling Based、Automatic Coding以及Hardware In the Loop集成在一个V形设计流程里，构成闭环的设计系统，应对风力发电对于临界及极限情况的无风险仿真，并且能够反复进行，而无需投入真正的实际现场大量测试的风险，对于成本的节省是巨大的。

　　不仅仅在风力发电，在机械制造的其它各个领域，这种面向未来的设计理念将带给客户巨大的成本节省和软件的稳定与可用性，B&R的平台利器将在未来发挥更加重要的作用。