基于rockwell自动化PLC的风力发电通讯系统.pdfVIP

基于 rockwell 自动化PLC 的风力发电通讯系统 1 引言 风力发电技术发展很快，装机容量不断增大，在世界各地都受到了广泛重视。在目前的 变速恒频风电系统中，使用双馈感应发电机（DFIG）的双馈型风电系统市场份额最大，使 用永磁同步发电机（PMSG）的直驱型系统发展很快[1-2]。不管是双馈型还是直驱型风电 系统，其整体控制都比较复杂，需要有主控系统来协调变桨、偏航、变流器、测量、保护和 监控等多项环节，且风电系统通常运行环境比较恶劣，各执行机构之间可能存在一定的距离， 因此通讯问题至关重要 [3-4] 。 可编程序控制器（Programmable Logic Controller，PLC），是一种专为工业环境 应用而设计的电子系统，采用可编程序的存储器，在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定 时、计数和算术运算操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的生 产过程。PLC 具有编程简单，使用方便，抗干扰能力强，在特殊的环境中仍能可靠地工作， 故障修复时间短，维护方便，接口功能强等优点[5]，因此非常适合风电系统使用。 本文首先说明了了风力发电通讯系统结构，选择罗克韦尔自动化的 Controllogix 作为 主控 PLC，实现基于 PLC 的风电通讯系统；基于VC++实现通讯系统上位监控，讨论了 VC++实现原理，给出了基于 Controllogix 的直驱风电通讯系统监控效果。 2 风力发电通讯系统结构说明 直接驱动型风电发电系统结构图如图 1 所示，包括风电机组，永磁同步发电机，背靠 背变流器，由 DSP 为核心构成的变流器控制器，由 PLC 为核心构成的风力发电主控系统及 上位机。通讯系统主要由 PLC 及上位机构成，PLC 还要与变流器控制 DSP 之间进行通讯， 由通讯系统实现对直驱型风电系统的监控，上位机与 PLC 之间采用串口通讯。PLC 作为下 位机使用，完成控制、数据采集，以及状态判别等工作；上位机用来完成数据分析、计算、 信息存储、状态显示、打印输出等功能，从而实现对风电系统的实时监控。 由图 1 可以看到，PLC 既要与上位机连接，又要与变流器控制 DSP 连接，图 1 中变流 器采用双 DSP 控制，其他还有变桨控制器等，可能涉及多个处理器，需要由 PLC 来进行协 调控制，同时要由中央控制室的上位机进行集中监控，因此基于 PLC 的风力发电通讯系统 作用非常重要。 图 1 直接驱动型风力发电系统结构图 本文选用罗克韦尔自动化的 Controllogix 作为主控 PLC，对直驱型风力发电通讯系统 进行初步探索。Controllogix 是罗克韦尔公司在 1998 年推出 AB 系列的模块化 PLC，是 目前世界上最具有竞争力的控制系统之一，Controllogix 将顺序控制、过程控制、传动控 制及运动控制、通讯、IO 技术集成在一个平台上，可以为各种工业应用提供强有力的支持， 适用于各种场合，最大的特点是可以使用网络将其相互连接，各个控制站之间能够按照客户 的要求进行信息的交换。对于 Controllogix，在组建通讯网络时，Ethernet/ip、controlnet 是比较常用的通讯协议，除此之外，Controllogix 还支持 devicenet、DH+、RS232、 DH485 等，而 RS-232/DF1 端口分配器扩展了控制器的通讯能力。因此，Controllogix 比较适合用于构建风力发电通讯系统。 3 基于 VC++实现的通讯系统上位监控 为了更加灵活的监控下位机系统的运行，并方便下位机功能的调试和扩充，本文基于 VC++6.0 开发了与直驱型风电通讯系统配套的上位机软件 CMonitor，可以提供良好的用 户界面和工具栏、菜单等多操作途径，并配合形象的位图动画功能来实时显示系统实际状态 和拓扑，可以完成对风电系统运行方式和运行参数的控制、修改和监视，完成对历史数据的 收集和分析，方便用户对风电系统进行远程监控和调试。 对下位机 PLC 串口通信模块进行相应初始化后便可以通过PLC 的SCIRX 和 SCITX 收 发数据，由于 PLC 接收到的数据除了包含命令字外，可能还有其他的数据信息，因此针对 不同类型的命令字必须有不同的处理方法。定义一个变量 cmd 来保存当前的命令字信息。 struct ｛int ID; int counter;｝ cmd;其中 ID 是用来标识当前的命令字，counter 则辅助记录当前命令字下总共处理过的数据字节数。