以模块化结构简化风机工程设计

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随着工业4.0概念的深入,工业软件被提升到****的高度。针对用于控制、监测、管理设备和系统运行的软件,客户的要求也从过去主要关注开发环境友好,运行可靠、功能丰富等,向现在更加关注软件的开放性、后期维护、版本管理、团队合作开发和知识产权保护等方面转变。因此建议客户在选择软件解决方案时,从软件需求分析、软件开发、软件测试以及软件的后期维护等软件的整个生命周期去考虑。

对于风电行业,软件的版本管理及后期维护需求*为迫切。目前风电整机厂家基本都使用了基于IEC61131的软件开发环境,从基本功能上来讲都相差不大。而Beckhoff为基于PC的控制技术引入了新一代软件——TwinCAT 3,它扩展了标准工业自动化的应用范围,其工程环境完全集成在微软的Visual Studio框架中,除了IEC61131之外,还支持C/C++、MATLAB?/Simulink?开发的程序实时运行。借助Visual Studio的强大功能,还可以将IT行业软件开发的工具和经验用于工业软件的开发,例如,使用Team Foundation Server进行源代码管理和项目跟踪等。

TwinCAT 3为自动化技术领域带来了一次巨大**,其中一个*大的特点就是支持模块化工程设计。当前主流的PLC程序构架都是基于子程序划分、功能库调用来实现,整个程序耦合紧密,并不利于软件的升级维护,版本管理及团队合作开发等。倍福将微软Windows组件对象模型(COM)的概念引入TwinCAT 3软件,并根据工业应用进行了重新定义,提出了TwinCAT COM(TcCOM)的概念。TcCOM定义了模块的属性和行为。作为组件模型的重要部分,接口也被进行了统一的定义。因此模块可由实时任务通过这些接口调用,而且模块之间也能够相互调用,与编程语言无关。

TcCOM的应用可以使软件的模块化水平得到本质上的提升。例如,在TwinCAT 3 Wind Framework软件框架中,所有基本功能都作为TcCOM模块实施,例如,风机控制软件中通用的状态码、参数、数据记录和故障报警等功能都被封装成TcCOM模块,每个预制软件模块都已经非常成熟而且符合行业规范,这将简化工程设计的过程。而且风电机组的子系统,如变桨、变流和偏航等也可以由用户自己封装成TcCOM模块。采用这项软件模块化技术可以使主控软件在软件的更新,版本管理以及团队合作方面具有明显的优势。

需要强调的是,TwinCAT 3 Wind Framework在风力发电机组的工程设计方面设立了一个重要的里程碑。新的软件架构采用模块化结构,它包含从运行管理和状态机管理到事件管理和到数据库连接再到仿真等所有基本功能。TwinCAT 3 Wind Framework中的所有通用功能都作为TcCOM模块实施,这意味着功能被分别封装在一个易于使用的功能块中,然后组成一个“编程套件”。这不仅简化了应用软件的开发工作,而且也使得它更加**和灵活。另外,开发工作也可以通过细分团队进行优化。

国际知名的德国风电工程设计公司Aerodyn在其开发的5MW风力发电机组样机中,就采用了这一软件框架。TwinCAT3 Wind Framework采用了*新的软件工程接口和面向大数据的应用,使当前的工业4.0概念扩展到风电行业中。例如,模块化软件支持直接将传感器数据提供给运营商数据库,并且能够轻松与风力发电机运行控制和管理系统匹配,以满足未来需求。

在工业4.0概念的带动下,云计算、大数据、虚拟现实和移动应用等技术将会和工业软件相互融合。新型的工业软件将在实现制造业和IT融合过程中扮演举足轻重的角色。信息技术和自动化技术的融合是工业4.0的核心理论,而Beckhoff毫无疑问是*早提出这一核心理念的先驱,早在25年前,Beckhoff就推出了其基于PC的控制技术,这项技术继续为未来的发展提供了理想的控制架构。随着PC作为工业控制硬件平台以及TwinCAT3作为软件工业开发平台,以及与Beckhoff的自动化设备规范(ADS)、EtherCAT自动化协议(EAP)和OPC统一架构(OPC UA)相结合,用户拥有了他们实现工业4.0所要求的各种纵向和横向整合的所需的所有资源。在实施工业4.0的过程中,Beckhoff基于PC的控制技术为这些方案提供了理想的工具箱。

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