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倍福CX9020 嵌入式控制器應(yīng)用于在極端溫度條件下控制變槳系統(tǒng)

東方電氣風(fēng)電有限公司（DEW）總部位于四川省德陽市，是綠色能源、鐵路電氣化、環(huán)保技術(shù)及重工業(yè)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。東方風(fēng)電從 2004 年起開始涉足風(fēng)機(jī)制造，是國內(nèi)綠色能源風(fēng)景線的主創(chuàng)力量。自此以后，公司為國內(nèi)外客戶交付了 7000 多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組 —直驅(qū)型和雙饋型風(fēng)機(jī) — 公司借助倍福基于 PC 的先進(jìn)控制技術(shù)在風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)的成功應(yīng)用，得以在國內(nèi)外風(fēng)電控制系統(tǒng)領(lǐng)域脫穎而出。

變槳系統(tǒng)對(duì)于控制和調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來說特別重要，因?yàn)樗梢詾轱L(fēng)機(jī)的每個(gè)工作狀態(tài)設(shè)置最佳的風(fēng)輪葉片槳距。在部分負(fù)載區(qū)域，即在風(fēng)速小于額定風(fēng)速時(shí)，可以在小范圍內(nèi)非常精確地調(diào)整槳葉角，使風(fēng)機(jī)以最佳的空氣動(dòng)力學(xué)效率運(yùn)行，即使在風(fēng)力條件非常不穩(wěn)定的情況下。在風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，可以將槳葉角的范圍調(diào)大一點(diǎn)，以保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率最高，并且輸出在額定功率以內(nèi)。在極端情況下，例如發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，變槳系統(tǒng)將自動(dòng)完成收槳?jiǎng)幼鳎瑥亩Ｖ癸L(fēng)機(jī)運(yùn)行。變槳系統(tǒng)的可靠性直接關(guān)系整臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的安全性。變槳系統(tǒng)必須滿足高可用性和堅(jiān)固耐用等要求，尤其是當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在極端環(huán)境條件下運(yùn)行時(shí)。

CX9020 嵌入式控制器是變槳控制系統(tǒng)的核心

東方風(fēng)電立足于超過 7000 臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，自主開發(fā)自己品牌的變槳系統(tǒng)。在經(jīng)過仔細(xì)分析比較后，東方風(fēng)電最終選用交流伺服驅(qū)動(dòng)器和交流伺服電機(jī)方案。因?yàn)樗鼈兙哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠耐用、成本低、維護(hù)方便等特點(diǎn)。東方風(fēng)電自主開發(fā)的變槳系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由三個(gè)相同的軸控單元構(gòu)成：三個(gè)葉片軸的每個(gè)軸都有一個(gè)軸控制柜、一個(gè)后備電源柜、一個(gè)變槳電機(jī)、兩個(gè)槳葉冗余角度編碼器、兩個(gè)限位開關(guān)及其它附件。交流變槳系統(tǒng)的核心由一個(gè)控制三個(gè)軸單元的主控制單元構(gòu)成。控制平臺(tái)選用的是插接有 EtherCAT 端子模塊的 CX9020 嵌入式控制器，它們都由倍福提供。三個(gè)執(zhí)行單元的核心部件選用的是風(fēng)電專用的伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)。此外，變槳系統(tǒng)采用冗余安全鏈設(shè)計(jì)，從根本上保證安全解決方案的優(yōu)化及可靠性。

CX9020 嵌入式控制器結(jié)構(gòu)極為緊湊。同時(shí)，其工作溫度范圍在 -25 … +60℃ 之間，可以滿足極其嚴(yán)苛的環(huán)境要求。控制系統(tǒng)上運(yùn)行的是東方風(fēng)電自主研發(fā)的程序，一方面用于實(shí)現(xiàn)葉片變槳距的控制和調(diào)節(jié)，另一方面用于實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變槳系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)的監(jiān)控與故障碼管理。I/O 系統(tǒng)采用的是倍福的 EtherCAT 端子模塊，提供了更快速的響應(yīng)、更便利的診斷及更加靈活的通訊接口。

同時(shí)變槳系統(tǒng)中使用 CANopen 從站端子模塊 EL6751 實(shí)現(xiàn)變槳系統(tǒng)的主控制器 CX9020 與風(fēng)機(jī)主控制器之間的通訊。中央控制器 CX9020 和三個(gè)軸驅(qū)動(dòng)器之間通過 EL6751 模塊實(shí)現(xiàn) CANopen 通訊連接。 CX9020 集成的 RS485 接口用于監(jiān)控后備電源充電器的狀態(tài)信息。此外，在線訪問功能，例如用于在變槳系統(tǒng)出故障時(shí)進(jìn)行軟件更新和故障分析，可以通過嵌入式控制器的網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)。

使用 TwinCAT 輕松編程

倍福的 TwinCAT 軟件作為一款通用的軟件開發(fā)環(huán)境和控制平臺(tái)，支持結(jié)構(gòu)化文本（ST）和梯形圖（LD）等IEC61131-3 語言及多種高級(jí)編程語言，從而可輕松完成編程過程。“在變槳系統(tǒng)開發(fā)期間，東方風(fēng)電的工程師們?cè)诒陡Ｖ袊L(fēng)電工程師的協(xié)助下，大大縮短了整個(gè)軟件開發(fā)周期。”東方風(fēng)電公司負(fù)責(zé)此項(xiàng)目的研發(fā)工程師李博評(píng)論道。全新一代的變槳系統(tǒng)彰顯了東方風(fēng)電不斷追求技術(shù)創(chuàng)新的精神。李博堅(jiān)信，東方風(fēng)電和倍福中國還將展開全新的戰(zhàn)略合作，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，助力中國新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展！

東方電氣公司為國內(nèi)外客戶交付了 7000 多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組。公司借助倍福基于 PC 的先進(jìn)控制技術(shù)在風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)的成功應(yīng)用，得以在國內(nèi)外風(fēng)電控制系統(tǒng)領(lǐng)域脫穎而出