PB-B-CANDK總線橋在風力發(fā)電系統(tǒng)中的應用

目前，現場總線PROFIBUS-DP通信技術不但用于解決工業(yè)現場的智能化儀器儀表、控制器和執(zhí)行機構等現場設備間的數字通信，而且已經成為風力發(fā)電系統(tǒng)中最主要的通信方式。由于風電系統(tǒng)設備通信的可靠性直接關系到風力發(fā)電機組的運行穩(wěn)定性，因此，高速、可靠、久經實際應用考驗的PROFIBUS-DP成為其首選。

由于實際工程項目中一套風力發(fā)電系統(tǒng)的幾個主要組成部分的控制單元往往來自不同廠家，因此存在以下幾個問題，①如何將具有不同通信協(xié)議接口的控制單元互連，并保證通信的實時性和可靠性？②如何使用光纖通信技術保證風力發(fā)電系統(tǒng)設備在強EMC干擾條件下的通信高速可靠？

北京鼎實創(chuàng)新科技有限公司是一家以工業(yè)網絡通信技術及異構網互聯技術為特長的高科技企業(yè)，其總線橋產品PB-B-CANDK很好的解決了風力控制系統(tǒng)中CANOPEN設備與PROFIBUS網絡之間的互連通信問題；PROFIBUS光纖模塊PB-OLM產品很好地解決了風電設備現場中的長距離高速、高可靠性傳輸問題；二者在多個風電項目中具有很好應用業(yè)績。本文主要介紹總線橋產品PB-B-CANDK在風力發(fā)電系統(tǒng)中的應用。

二、風電發(fā)電機的系統(tǒng)組成

2.1 風力發(fā)電機系統(tǒng)概述

風力發(fā)電機組有風輪、傳動系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、發(fā)電機、控制與安全系統(tǒng)（主控系統(tǒng)）、機艙、塔架和塔基等組成。北京鼎實的PB-B-CANDK作用主要是實現塔基主控系統(tǒng)與機艙可再生能源控制系統(tǒng)的通信。其中，塔基主控系統(tǒng)包含主速度控制器和變流、逆變器。主速度控制器采用的是倍福公司的可編程邏輯控制器（PLC）；可再生能源控制系統(tǒng)采用丹麥DEIF的控制器AWC400。這是機艙控制柜的主要部分，其它還包含交、直流伺服驅動控制器等。

2.2 風力發(fā)電機系統(tǒng)結構

系統(tǒng)構成如圖1，其中略去了主控制器（倍福PLC）之外的其它控制設備。

倍福PLC的主要任務之一是通過對DEIF控制器AWC400的監(jiān)控來控制現場變槳、主動失速以及偏航控制等。倍福PLC作為PROFIBUS DP主站，符合PROFIBUS-DP通信標準；

DEIF控制器AWC400支持標準的工業(yè)現場總線CANopen通信，它作為CANopen主站，與變頻器（槳葉調節(jié)采用變頻器驅動絲桿結構）和特殊發(fā)電機（采用VACON變流器和逆變器，實現發(fā)電機轉速跟隨風速變化，實現額定風速一下的最佳葉尖速比控制，實現最大化吸收風能，變流器和逆變器具有完善的保護功能）通訊，從而保障風機在額定風速以上時整機載荷安全和發(fā)電功率穩(wěn)定。

在該系統(tǒng)中，為了實現倍福PLC和DEIF控制器AWC400之間的數據雙向傳輸，采用了北京鼎實公司的高性能的CANopen從站轉PROFIBUS-DP的總線橋PB-B-CANDK：

三、北京鼎實PB-B-CANDK總線橋

PB-B-CANDK總線橋是北京鼎實PROFIBUS總線橋系列中的產品，支持Profibus協(xié)議以及CANopen協(xié)議，主要功能為實現CAN或者CANopen設備接入PROFIBUS總線網絡。滿足CAN/CANopen接口設備（如：風電交流器、伺服驅動器、編碼器、測厚儀、PLC等）接入PROFIBUS總線網絡（如：倍福PLC，西門子PLC，ABB的800F系統(tǒng)等）通信要求。

在PROFIBUS網絡中，PB-B-CANDK總線橋作為PROFIBUS從站；在CAN網絡中，本產品作為CANopen從站存在。

用戶不必要了解PROFIBUS和CANopen協(xié)議的技術細節(jié)，不需要配置CANopen從站設備的EDS文件，只需根據產品用戶手冊提供的配置步驟完成配置，不需要復雜編程，即可在短時間內實現連接通信。

用戶可以依照PROFIBUS通信數據區(qū)和CANopen通信數據區(qū)的映射關系，來實現PROFIBUS到CANopen之間的數據透明通信。PROFIBUS DP端的輸出數據最終以TPDO的形式出現在CANopen通信端，同時CANopen主控發(fā)送給PB-B-CANDK總線橋的RPDO數據將映射為PROFIBUS DP輸入數據傳送給DP主站。

針對于風電工程需要設備耐高低溫的特殊性，PB-B-CANDK總線橋可向用戶提供-33~+55℃的工作溫度保證。

其中，PB-B-CANDK總線橋在風電控制系統(tǒng)中的連接圖見圖2.

3.1 通信網絡組成

3.1.1Profibus協(xié)議簡介

PROFIBUS 是目前國際上通用的現場總線標準之一，以其獨特的技術特點、嚴格的認證規(guī)范、開放的標準、眾多廠商的支持和不斷發(fā)展的應用行規(guī)，已成為最重要的和應用最廣泛的現場總線標準。PROFIBUS現場總線通訊協(xié)議包括兩個主要部分：

1. PROFIBUS DP：主站和從站之間采用輪循的通訊方式，主要應用于自動化系統(tǒng)中單元級和現場級通信。

2. PROFIBUS PA：電源和通信數據通過總線并行傳輸，主要用于面向過程自動化系統(tǒng)中單元級和現場級通信。

其中，PROFIBUS-DP 是高速網絡，通訊速率達到12M。PROFIBUS-DP 可以連接遠程I/O、執(zhí)行機構、智能馬達控制器、人機界面HMI、閥門定位器、變頻器等智能設備。一個PROFIBUS-DP 總線網絡中可以最多連接125 個從站設備。PROFIBUS-DP 的拓撲結構可以是總線型、星型和樹型，通訊介質可以是屏蔽雙絞線、光纖，也支持紅外傳輸。采用雙絞線時，不加中繼器最遠通訊距離可達1.2 公里。采用光纖時，最遠通訊距離可達100 公里以上，其中采用多模光纖，兩點間最遠距離可達3 公里，采用單模光纖時，兩點間最遠距離可達20公里。