风力发电机组中的主动化程度正在不断地提高。除了主控体系外，在线监测和风场网络也发挥着越来越重要的效果。许多传统操控器的供货商遇到了无法跨越的功用瓶颈。其解决办法便是主动化体系，该体系以一套科学办法为根底，将所需的丈量设备集成到规范操控架构中。
Beckhoff科技主动化技能将高功用工业PC或嵌入式操控器、高确定性的EtherCAT现场总线体系和智能软件完美整合于一体。这些组件也是在对风力发电机组进行主动化改造所不可或缺的。风力发电机组制造商们想要运用相同的体系完结操控使命、监控、电网同步和体系间通讯。只需想到在操控器上处理的杂乱状况监测算法，运用多核CPU的优势就清楚明了了。Beckhoff现在推出了新式CX2000系列，这些功用强大的CPU是风力发电机组制造商们喜欢的导轨装置式嵌入式操控器。CX2000系列选用的是Intel Sandy Bridge处理器。除此之外，还有经济型Sandy Bridge Celeron?、Intel?Core? i7处理器可供用户挑选。乃至装备了1.5GHz处理器(双核)的CX2030系列选用的也是无电扇规划，因为没有旋转部件，因而运转也十分安稳。
因而有必要运用适宜的软件来充分发挥这些操控器的功用优势。这便是为什么要运用Beckhoff TwinCAT3操控软件的原因。TwinCAT3的实时环境使得恣意数量的PLC、安全PLC和C++使命都能在同一个或不同的CPU内核上履行。
1.TwinCAT3状况监测库
最新的TwinCAT3状况监测软件库提高了这些选项的利用率。经过快速使命记载原始数据，然后经过慢速使命进行进一步处理。这样可继续记载需丈量的数据，然后经过比如功率谱、峰态、波峰因数及包络谱等算法进行剖析。用户无须忧虑使命间的通讯，因为状况监测库会主动对其进行处理。软件库中各个功用块发生的成果会被记载到大局搬运托盘(一种内存表)中。在大局搬运托盘中，成果会被仿制给变量或凭借其它算法进行进一步处理。这样，用户便能够装备他们自己的丈量和剖析链。
图1、调用winCAT3中的功率谱功用块 图2、TwinCAT状况监测库供给不同的功用块用于信号剖析
特别在风电职业、智能电网、微电网等范畴，有必要对这类开发产品进行许多的测验和仿真，因为一旦投入运转，在现场进行批改和晋级就会适当耗时，且本钱也较高。若要节省时刻和开发本钱，能够运用Matlab?/Simulink?对源代码进行实时仿真。这样，许多问题在试运转前就能够检测到并进行相应批改。在为TwinCAT3Run-Time环境创立Matlab?/Simulink?模型时，无需运用Beckhoff的特别组件或对原始模型进行其它批改。Matlab?及Simulink?编译器会主动生成C++代码，然后C++代码会被编译到TwinCAT3模型中。经过实例化，用户能够轻松地从头运用模块。例如，用户能够在TwinCAT中直接看到设置断点的Simulink?框图。
除了TwinCAT3、状况监测体系和Matlab?/Simulink?集成包之外，TwinCATScope还完成了科技主动化软件一切相关信号的可视化。TwinCATScope由两个组件构成，其间，View组件用于以图表的办法显现信号;Server组件用于将数据记载在方针设备中。TwinCAT3装置文件一般包含基本版的Scope.这特别合适用于体系调试。Scope能够让用户以图形化办法快速概览设备状况。运用不同的光标能够准确读取丈量数据，其精度乃至能够到达微秒级规模。假如数值规模较大，可切换至对数显现。Scope产品完成了许多额定的功用，例如长时刻记载或集成在。NET可视化软件中。一切等级的Scope产品都可显现EtherCAT丈量端子模块的超采样值。
2.EtherCAT:高精度丈量技能
EtherCAT作为一个高速、实时总线体系进一步完善了Beckhoff科技主动化解决方案。EtherCAT不仅是老练的操控现场总线，并且也是丈量现场总线。只要这种根据以太网且具有高度确定性的高速现场总线协议才干完成比如状况监测集成等杂乱运用。EtherCAT功用原理决议了其有用数据传输率远远超越90%的全双工高速以太网，且总线周期时刻仅为几微秒。连同前面说到的超采样功用及将数值直接缓存在EtherCAT从站中，采样率可远远超越实践的总线周期：例如，数字量输入端子模块EL1262能够以高达1百万采样点/秒的速度扫描信号。EtherCAT端子模块EL3702能够以16比特的分辨率和高达100kHz的频率采样±10V模拟量信号。EtherCAT从站中的散布式时钟能够保证整个网络中的数据采样在时刻上坚持同步。颤动被明显降低到小于1微秒，乃至常常会小于100纳秒。
图3、运用TwinCATScope显现对数信号剖析
EL3632也是一种EtherCAT超采样端子模块。该端子模块合适用于状况监测运用，在实践运用中，振荡有必要经过加速度传感器或麦克风进行采样。带IEPE(压电%&&&&&%)接口的压电传感器可直接连接到双通道端子模块上，无需前置放大器。根据不同等级的硬件滤波，能够完成0.05Hz至50kHz的信号采样频率。EL3632的操作原理与EL3773的操作原理相同。EL3773是一款电力监测端子模块，运用超采样技能采样原始电网数据，采样高达10kHz,实时收集电网电压电流，经过EtherCAT散布时钟又能够满意收集的同步。实时监测各个节点相位、频率、幅值，对电网的动摇做出快速调理。运用TwinCAT3的功用库，还能对电网40次以内的谐波，THD等等进行剖析。
EL3773是一款电力监测端子模块，用于采样原始电网数据，而不是原始振荡数据。电流和电压采样高达10kHz,这使得端子模块合适与其它网络同步。
这款宽度仅为12毫米的模块的首要长处在于它具有高度灵活性。EtherCAT总线体系供给了简直无限的可扩展功用。这就意味着实践的丈量运用程序，例如齿轮箱监测，能够在新体系中施行或在现有体系中进行晋级改造。因为操控器的结构十分紧凑，且TwinCAT软件接口具有杰出的开放性，独立体系将成为干流。该类独立体系现在已在一些陆上风力发电机组中得到运用，用于在CX5020嵌入式操控器的根底上监测主轴承和齿轮箱。为此，用五个EL3632超采样端子模块和一个EL3413电力丈量端子模块装备了一个终端操控柜。UMTS调制解调器和紧凑型加热器能够作为附加选项集成。视可用的接口而定，状况监测体系也可集成到现有的操控器中。
总结
科技主动化将工程研究成果整合到风力发电机组的主动化体系中，这是传统操控器无法完成的。Beckhoff的PC操控技能理念为集成许多的规范操控之外的高档功用预留了满足的空间。高功用CPU、高速I/O端子模块、EtherCAT通讯和TwinCAT主动化软件为完成此意图供给了坚实的技能根底，相同这些高速双向通讯网络、先进的传感和丈量技能、先进的设备技能、先进的操控办法，也是未来智能电网的必要技能要素。
