一种新型硬件在环仿真平台设计方法研究

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1、一种新型硬件在环仿真平台设计方法研究李强金风科技股份有限公司摘要：本文主要介绍一种新型的硬件在环仿真平台的设计方法，通过基于对风机系统的理解，将风机模型、风模型通过PLC（可编程控制器）语言的形式编写，并结合PLC中现有的控制软件，构成闭环仿真回路进行模拟。该方法简单、实用、可以方便的连接风机硬件子系统。它为风机控制软件的设计和验证、为风机执行机构性能的验证等提供了一种新的方法和理念。大大缩短了设计和维护成本，降低了直接上机所带来的一些风险。关键词：硬件在环仿真平台；PLC；风机模型；统一变桨控制；独立变桨控制；BladedAbstrac

2、tThisarticlemainlyintroducesanoveldesignmethodofhardware-in-the-loop(HIL)testplatform.Basedontheunderstandingofwindturbinesystem,usingPLC(programmablelogiccontroller)languagetoprogramthewindturbinemodel,windmodel,andcombiningthecurrentexistedwindturbinecontrolalgorithmtob

3、uildaclosed-loopsimulationplatform.Simple,practical,convenienttoconnectwindturbinehardwarebasedsub-systemarethetypicalcharacteristicsofthemethod.Itprovidesanewmethodandphilosophyforthedesign,proofofwindturbinecontrollersoftwareandtheperformanceofactuators.Itmakesdesignfas

4、terandreducesmaintenancecost,andhasreducedtherisksofsoftwarerunningdirectlyintheturbine.0引言风机的软件是它的大脑，它控制着风机的待机、启动、并网发电、停机等各种状态，它协调并保证风机各个子系统之间正常运行，使得风机系统在规定的范围内和方式下运行。它关系到了风机的安全、影响着风机的性能、与风机的寿命也密切相关。而软件如果存在设计失误、出现漏洞、设计错误等直接影响到风机的安全和可靠性。特别是核心控制算法的设计和更改，比如：设计一套全新的控制算法。那么对软

5、件在上机前的验证环节就显得尤为重要。与此同时，风机的两大执行机构，变桨系统、变流系统在风机中运行前，如果能够联合主控系统进行性能方面的测试，也会降低相应部件的维护和设计成本。这就需要一个较好的硬件仿真平台来实现。文献【1】、【2】中介绍了一套比较完整的硬件在环仿真测试平台，并对独立变桨控制进行了有效的验证。近些年，西门子也使用NI（美国国家仪器有限公司）的产品建立了自己的硬件在环仿真平台，很好的满足了实时性的要求。相对来说，这些硬件仿真平台具有如下的特点：a.相对来说开发和设计成本较高，对于硬件的需求也比较高。b.设计较为复杂，测试过程繁

6、琐，需要投入相当的人力成本。本文提出了一种简单实用的硬件在环仿真平台的设计方法。它主要基于PLC（可编程控制器），通过对风机系统的理解，将风、风机模型等以PLC语言的形式实现，并在PLC中与现有的控制软件进行联合仿真。它主要有以下几个特点：1a.它将风模型、风机模型等设计为一个软件包的形式，可以方便的在PLC软件中实现导入、导出功能，简单、实用、设计成本非常低，对于硬件配置也没有特殊要求。b.它可以实现仅在PLC中对现有的控制软件进行联合仿真，既能满足实时性的要求，也可以方便的验证控制算法，如：独立变桨控制算法、塔架加阻算法等。c.它基于

7、PLC硬件平台，可以方便的与变桨系统、变流系统两大执行机构进行联合仿真，这对于执行机构控制性能的验证提供了一种新的思路。d.它为产品上机之前增加了可靠的验证环节，保证质量最好的产品出厂运行。1开发流程与系统原理介绍硬件在环仿真平台的基本设计流程如图1所示。流程主要包括几个部分：a.基础建模；b.模型移植到PLC；c.控制算法设计与实现；d.建立PLC仿真；e.PLC加变桨系统联合仿真，PLC加变流器联合仿真；f.软件现场运用。其中，基础建模、模型移植到PLC中、控制算法设计与实现均是在PLC软件中完成的。图2系统图中描述了风机建模中所必须

8、要考虑的因素，同时控制算法包括统一变桨的控制算法和独立变桨的控制算法。使用该PLC软件建立仿真，可以用来验证现有的统一变桨的控制算法，这是一种闭环的验证方法。同时，也可以简单的模拟和验证独立变