文 | 姜寅，陳凱，朱長(zhǎng)江，毛秋連

控制器是風(fēng)電機(jī)組的核心硬件之一，風(fēng)電機(jī)組的生產(chǎn)和運(yùn)維離不開對(duì)控制器的質(zhì)量把關(guān)。批量采購(gòu)的控制器模塊由于運(yùn)輸、存放等因素會(huì)導(dǎo)致個(gè)別通道出現(xiàn)異常，直接影響風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)和風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)。另外，若能預(yù)先明確模塊故障原因，可為商務(wù)報(bào)修和質(zhì)量糾紛的解決提供技術(shù)依據(jù)。

目前，MITA公司的WP4x00控制系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)風(fēng)電行業(yè)廣泛應(yīng)用的控制產(chǎn)品之一。然而，用于MITA控制器模塊硬件的專業(yè)檢測(cè)設(shè)備幾乎全靠進(jìn)口，成本較高，不宜推廣。相較而言，工控自動(dòng)化行業(yè)對(duì)傳統(tǒng)PLC控制器的硬件通道檢測(cè)方法更加經(jīng)濟(jì)、方便。例如，使用常規(guī)硬件連接PLC I/O通道的方法進(jìn)行硬件查點(diǎn)；將輸出通道反饋接入到輸入通道，檢查兩者的狀態(tài)是否正常；通過查看狀態(tài)指示燈的狀態(tài)判斷控制器或硬件通道是否正常等。上述方法操作簡(jiǎn)單，在軟件程序中易于實(shí)現(xiàn)。

基于上述MITA控制器模塊的實(shí)際問題和需求，本文借鑒PLC硬件通道檢測(cè)的思路，提出一種基于WP4x00控制系統(tǒng)的低成本、可靠實(shí)用的檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)MITA控制器模塊硬件通道的自檢與預(yù)檢。

檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

WP4x00控制系統(tǒng)由背板通信模塊、控制器、電網(wǎng)監(jiān)測(cè)模塊、CAN通信模塊以及I/O模塊和定制的應(yīng)用程序組成。在應(yīng)用中，通過不同的軟硬件配置可實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)風(fēng)電機(jī)組部件、單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組群或者風(fēng)電場(chǎng)整場(chǎng)的控制。其控制系統(tǒng)的運(yùn)行以事件為基礎(chǔ)，復(fù)雜控制策略的運(yùn)行速度可達(dá)毫秒級(jí)，可實(shí)現(xiàn)精確的數(shù)據(jù)采集和高效的程序執(zhí)行。針對(duì)機(jī)組應(yīng)用中的控制器模塊基本功能以及易損模塊和硬件通道，本文設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)涉及以下3種模塊的檢測(cè)內(nèi)容：

（1）背板通信模塊WP-Line 110：分組功能是否正常，是否可以實(shí)現(xiàn)組與組之間通信。

（2）控制器WP4100 Controller：引導(dǎo)是否正常，OS是否正常啟動(dòng)，APP是否正常加載。

（3） I/O模塊WP-Line 351 COMBI-1：分組功能是否正常，各I/O通道是否能夠正常輸入輸出。

一、檢測(cè)系統(tǒng)組成

如圖1所示，檢測(cè)系統(tǒng)主要由HMI、WP4x00控制系統(tǒng)和檢測(cè)硬件組成。

HMI為檢測(cè)系統(tǒng)的操作界面。

WP4x00控制系統(tǒng)繼承現(xiàn)有風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)的模塊配置，并精簡(jiǎn)為1和3兩組：組1含110（節(jié)點(diǎn)1.1）和4100（節(jié)點(diǎn)1.2）模塊；組3含110（節(jié)點(diǎn)3.1）和351（節(jié)點(diǎn)3.2）模塊。

節(jié)點(diǎn)1.1的110模塊為檢測(cè)系統(tǒng)的固定模塊，它與計(jì)算機(jī)通過IP地址連接通信，實(shí)現(xiàn)WP4x00系統(tǒng)與HMI的數(shù)據(jù)交互。同時(shí)，該模塊還通過光纖和節(jié)點(diǎn)3.1的110模塊連接通信，實(shí)現(xiàn)組1和組3的數(shù)據(jù)交互。

節(jié)點(diǎn)1.2的4100模塊、節(jié)點(diǎn)3.1的110模塊以及節(jié)點(diǎn)3.2的351模塊為被測(cè)模塊。其中，4100模塊必須安裝，以用于加載和運(yùn)行檢測(cè)應(yīng)用程序并自檢。由于WP4x00控制系統(tǒng)自帶虛擬配置功能，在模塊缺失的情況下仍能正常運(yùn)行檢測(cè)應(yīng)用程序。因此，檢測(cè)系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際需要選擇性地安裝組3模塊進(jìn)行檢測(cè)，既可以單獨(dú)安裝110模塊于節(jié)點(diǎn)3.1測(cè)試，又可以在組3完全缺失的狀態(tài)下單獨(dú)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)1.2的4100模塊。

檢測(cè)硬件為連接351模塊的物理硬件（如電位器和PT100等），用作351模塊I/O通道的信號(hào)源或信號(hào)指示。

二、檢測(cè)應(yīng)用程序

為保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并且保留數(shù)據(jù)顯示的精度等級(jí)，檢測(cè)應(yīng)用程序繼承現(xiàn)有風(fēng)電機(jī)組主控程序的基本框架和I/O變量的初始標(biāo)定換算方式。同時(shí)，在保留原程序HMI結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，定制檢測(cè)應(yīng)用程序的菜單。

由于需要將351模塊上各通道的輸入或輸出指示狀態(tài)調(diào)用到HMI上顯示，因此，檢測(cè)應(yīng)用程序?qū)υ谐绦蛑械耐ǖ雷兞窟M(jìn)行重新調(diào)整分配（如圖2）。其中，針對(duì)DI（數(shù)字量輸入）、Frq（脈沖信號(hào)輸入）、AI（模擬量輸入）、PT100（鉑電阻輸入）以及TH_IN（熱敏電阻輸入）類型的輸入通道，可以直接調(diào)用其對(duì)應(yīng)的“I_變量”在HMI上顯示輸入通道的狀態(tài)。針對(duì)DO（數(shù)字量輸出）和AO（模擬量輸出）輸出通道，需要選取原程序的相關(guān)變量來(lái)控制硬件通道輸出電信號(hào)。對(duì)于備用的硬件輸出通道，可以直接選取與之對(duì)應(yīng)的“O_變量”賦值來(lái)控制輸出通道輸出。對(duì)于已經(jīng)用于風(fēng)電機(jī)組控制的輸出通道，需要通過賦值相應(yīng)的“CO_變量”，進(jìn)而再傳遞給“O_變量”。檢測(cè)應(yīng)用程序的運(yùn)行狀態(tài)處于原程序特殊事件激活的狀態(tài)下，在該狀態(tài)下賦值“O_變量”或“CO_變量”控制輸出通道電信號(hào)，同時(shí)，控制對(duì)應(yīng)的硬件輸出通道呈邏輯高電平或者模擬量輸出。通過修改外圍電路，將DO通道的輸出信號(hào)反饋回DI或Frq輸入通道，將AO通道的輸出信號(hào)反饋回AI輸入通道，從而節(jié)省外部信號(hào)源硬件，上述輸入、輸出通道的信號(hào)集中顯示于HMI上。此外，AO通道還能根據(jù)對(duì)應(yīng)的HMI參數(shù)項(xiàng)輸出指定的電壓/電流信號(hào)，以示其量程范圍內(nèi)的線性特性。

三、模塊檢測(cè)判斷方法

待測(cè)模塊經(jīng)過正確安裝并供電后，需先進(jìn)行模塊分組配置和檢測(cè)應(yīng)用程序下載，同時(shí)檢測(cè)110和351模塊的分組功能以及4100控制器的程序加載功能。

為節(jié)點(diǎn)3.1的110模塊和節(jié)點(diǎn)3.2的351模塊供電，并分別設(shè)置組號(hào)和節(jié)點(diǎn)號(hào)。當(dāng)4100控制器OS啟動(dòng)后，分別觀察兩種模塊上各自數(shù)碼管的顯示。在正常啟動(dòng)且組1和組3通信正常的情況下，110模塊循環(huán)顯示“A5”、組號(hào)和 “01”，351模塊循環(huán)顯示“A5”和節(jié)點(diǎn)號(hào)。

將節(jié)點(diǎn)1.2的4100控制器上電后，先下載檢測(cè)應(yīng)用程序。重啟控制器后觀察控制器模塊上的數(shù)碼管顯示。根據(jù)其依次顯示“bL”“oS”，并最終循環(huán)顯示“AP”和“90”，判斷控制器是否正常啟動(dòng)，以及檢測(cè)應(yīng)用程序是否完成加載。

表1 WP-Line 351 模塊通道檢測(cè)HMI判斷方法

在完成上述軟硬件配置及檢測(cè)后，可執(zhí)行351模塊的硬件通道檢測(cè)。觀察模塊上各I/O指示燈的狀態(tài)，并查驗(yàn)HMI中各輸入、輸出通道的信號(hào)狀態(tài)或數(shù)值。同時(shí)使用表1的方法，綜合判斷各硬件通道正常與否。對(duì)于檢測(cè)異常的模塊，需復(fù)檢異常通道以確定問題，并做表單記錄，后續(xù)匯總處理；對(duì)于功能正常的模塊，需標(biāo)記為合格品，并按規(guī)定儲(chǔ)存和使用。

檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

應(yīng)用本檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)4100、110以及351模塊進(jìn)行檢測(cè)，完成檢測(cè)系統(tǒng)軟硬件配置后，加載運(yùn)行檢測(cè)應(yīng)用程序。系統(tǒng)成功啟動(dòng)后3個(gè)模塊數(shù)碼管分別顯示如下：

（1）110模塊數(shù)碼管循環(huán)顯示“A5”“03”和“01”（如圖 3）。

（2）351模塊數(shù)碼管循環(huán)顯示“A5”和“02”（如圖4）。

（3）當(dāng)4100模塊處于引導(dǎo)、操作系統(tǒng)啟動(dòng)以及加載檢測(cè)應(yīng)用程序的不同階段時(shí)，模塊數(shù)碼管依次顯示“bL”“oS”，并最終循環(huán)顯示“AP”和“90”，表明程序完成加載（如圖5）。

對(duì)351模塊的I/O硬件通道進(jìn)行檢測(cè)。在HMI上，對(duì)硬件通道的反饋信號(hào)進(jìn)行查驗(yàn)。例如，檢測(cè)該351模塊的電流輸入通道AI3.2.61～3.2.64和電流輸出通道AO3.2.53～3.2.55，按照表1中“模擬量輸出”的判斷方法，如圖6所示，在HMI“analog for 3.2.53～3.2.55”的輸入框中輸入模擬值800，控制通道AO3.2.53～3.2.55輸出0.8mA的電流值，查看HMI上對(duì)應(yīng)通道的示數(shù)都為0.8mA，由此表明AO3.2.53～3.2.55正常。繼續(xù)查看HMI，AI3.2.61～3.2.64的示數(shù)分別為0.789mA、0.794mA、0.392mA和0.402mA。參考表1中“模擬量輸入（電流）”的判斷方法，表明模塊AI3.2.61～3.2.64正常。

應(yīng)用實(shí)例表明，上述系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)為：（1）成本低，僅由常規(guī)風(fēng)電控制器模塊和硬件組成，無(wú)需額外器件。（2）程序運(yùn)行可靠，HMI信號(hào)顯示集中，操作方便。

總結(jié)

借鑒PLC硬件通道的檢測(cè)方法，本文提出的基于MITA控制器的模塊檢測(cè)系統(tǒng)，可滿足用戶對(duì)MITA控制器模塊自主檢測(cè)的基本需求，為風(fēng)電生產(chǎn)質(zhì)檢人員和運(yùn)維人員提供一種檢測(cè)控制器模塊硬件通道的實(shí)用方法。