基于組態王的風電齒輪箱測試系統的網絡集成

劉 明 周 翔

(大連華銳重工集團股份有限公司機械傳動實驗室，遼寧 大連 116035)

目前，大、中型風力發電機組已在世界40多個國家的陸地和近海并網運行，風電增長率比其他電源增長率高的趨勢仍然繼續。伴隨著風電市場的高速發展，為了適應不同地區的要求，同時受周邊環境的影響，各種功率的風機應運而生，小到700kW大到6MW甚至8MW的風電機組也已在研制或掛機運行。而對常見的風力發電機組的對比可以看到，目前主流機型是雙饋異步風力發電機組，這種機型的典型結構采用了多級齒輪箱升速[1]。可見，風電齒輪箱在風電發展中的地位不容小視。

風機在整機安裝之前都要對風電齒輪箱進行出廠試驗，將一些故障與缺陷消除在出廠之前。不同功率類型的齒輪箱就需要不同的試驗臺進行試車，而每個試驗臺要單獨配備測試系統。筆者在原齒輪箱測試系統的基礎上進行規劃統一，建立網絡集成化的測試系統，以期實時監測4個不同試驗臺的工作情況，并同時進行數據錄入與處理。

組態王可運行在基于PCI/IP網絡協議的網絡中，幫助用戶實現上、下位機以及更高層次的廠級聯網。一臺PC機通過PCI/IP協議可以與多個遠程計算機(即遠程節點)進行通信。

1.1 組成測試網絡的條件

要實現組態王的網絡功能，必須滿足以下條件：

a. 將組態王軟件安裝在網絡版的Windows98/2000/Windows NT 或 WindowsXP上，對于更高版本的組態王軟件(如6.55)也可以安裝在Windows7系統上，并在配置網絡時綁定 TCP/IP 協議，即利用組態王網絡功能的PC 機必須首先是某個局域網上的站點并啟動該網；

b. 客戶機和服務器必須安裝并同時運行組態王，除了Internet版本的客戶端；

c. 組成網絡的計算機上組態王的工程文件夾必須要設置成網絡共享。

以上3點是網絡集成系統的基礎，可以保證集成系統中各測試系統間通信的建立。

1.2 測試網絡的站點建立

首先簡單介紹6個術語：I/O服務器，進行數據采集的站點；報警服務器,存儲報警信息的站點；歷史記錄服務器，接收I/O服務器傳送的歷史數據的站點；登錄服務器，唯一擁有系統網絡中完整用戶列表的站點；Web服務器，運行組態王Web版，保存組態王For Internet版本發布文件的站點；客戶，可以訪問指定的I/O服務器、報警服務器和歷史數據服務器上的數據。

在本設計中，集成系統設為數據服務器站點，其余4個試驗臺測試系統作為I/O數據采集站點。站點的具體建立需要3個步驟完成。

1.2.1配置數據服務器站點

數據服務器站點即集成測試系統的計算機，在工程瀏覽器左側列表中打開網絡配置窗口，在網絡參數選項中選中連網模式，在本機節點名中輸入本機的IP地址，其他不需要改動，配置界面如圖1所示。

圖1 網絡參數配置界面

在節點類型選項中，選中“本機是登錄服務器”、“本機是報警服務器”和“本機是歷史記錄服務器”，如圖2所示。點擊確定，暫時完成對該站點的配置。

圖2 節點類型配置界面

1.2.2配置I/O采集站點

在本設計中有4個I/O采集站點，即1.5MW試驗臺記為1號采集站、2MW試驗臺記為2號采集站、3MW試驗臺記為3號采集站和7MW試驗臺記為4號采集站。在工程瀏覽器左側列表中打開網絡配置，在網絡參數中選中連網模式，在本機節點名中輸入本機的IP地址；節點類型中選中“本機是登錄服務器”，待網絡配置完成以后再將此處改為“本機是I/O服務器”，若此時配置成為I/O服務器則后續有些配置無法進行；在I/O采集站工程瀏覽器左邊選中“站點”標簽，進入站點管理界面，在左側的節點名稱列表區單擊右鍵，選擇“新建遠程站點”，彈出“遠程節點”對話框，如圖3所示，點擊“讀取節點配置”，選擇遠程工程路徑。在網絡中選擇數據服務器上共享的工程文件夾。“主機節點名”中輸入數據服務器的IP地址，節點類型選“作為登錄服務器”、“作為報警服務器”和“作為歷史庫服務器”。最后點擊“確定”完成配置。再次進入“網絡配置”，在“節點類型”中改成“本機是I/O服務器”。進入“客戶配置”選中“客戶”，點擊“確定”完成對I/O采集站的配置。

圖3 遠程節點配置

1.2.3繼續配置數據服務器站點

按I/O采集站中遠程站點的配置方法完成遠程站點的配置，只是這里要新建4個遠程節點，分別對應4個I/O采集站；打開“網絡配置”，在“節點類型”中的“報警服務器”與“歷史記錄服務器”的列表中顯示出連接到本機的I/O服務器的名稱，選中它們；選擇“客戶配置”頁，選中“客戶”。在“I/O服務器”列表中選中I/O服務器的名稱。至此數據服務器站點配置完成。

經過以上3步就完成了組態系統的網絡連接，接下來就可以在數據服務器站點訪問I/O采集站的試驗數據了。

1.3 網絡數據的訪問

在網絡條件滿足，站點建立完備以后就可以很輕松地進行I/O采集站數據的訪問。只要在測試界面中把要顯示的變量關聯到相應的I/O采集站點，就可以像訪問本站點數據一樣去訪問數據了，如圖4所示。

在關聯某一變量時，先雙擊該變量，彈出“動畫連接”對話框。選擇“模擬輸出”彈出“模擬值輸出連接”對話框，單擊表達式后面的“？”，彈出“選擇變量名”對話框，在該對話框左側選中要關聯的I/O采集站點的名稱(所在計算機的IP地址)，右側出現該站點下的所有變量，選中相應變量就完成了變量的關聯。使用時就像使用本站點變量一樣方便。

圖4 網絡數據的訪問

2 集成系統的界面設計

對于每個獨立的測試系統要實現的主要功能是實時測試并保存試車過程中齒輪箱的溫度、壓力、振動及流量等數據，以便后續處理與使用[2]。集成測試系統實時跟蹤每個試驗臺的測試情況，并在集成系統完成獨立測試系統的所有功能。為此，集成系統設計有3個主要功能界面。

2.1 系統主工作界面

系統主工作界面是系統正常工作時重點使用的界面，如圖5所示。在主工作界面中，同時實時顯示4個試驗臺的測試情況，每個試驗臺的測試數據分別單獨建立有數據庫，當試驗臺開始工作時，相應標志位置啟動，集成測試系統開始將數據錄入到相應的數據庫。對于每個試驗臺位可以分別進行數據查詢與數據曲線的查詢。如果此時只有一個試驗臺處于工作狀態，只要單擊“當前臺位放大查看”即可單獨查看該試驗臺的工作情況。每個單獨臺位的工作界面設有4個臺位的工作狀態標志，在單獨查看該臺位時可以及時了解其他試驗臺位當前是否處于工作狀態。

圖5 集成系統主工作界面

2.2 數據查詢界面

每個試驗臺有一個單獨的數據查詢界面(圖6)，由于具有單獨的數據庫，所以其數據查詢是互不影響的。每個臺位的查詢功能也都一樣。

圖6 數據查詢界面

在數據查詢界面可以實現當前數據查詢、歷史數據查詢、數據庫維護、數據報表打印與數據另存功能。當前數據查詢功能可以實現對當前數據庫所有已存在數據的查詢，單擊相應的按鈕就會在報表中顯示所有數據庫中已存在的數據；歷史數據查詢完成按一定條件進行數據庫中數據的查詢功能，如按試驗日期或試件編號進行查詢，單擊相應的按鈕就會出現條件查詢窗口；數據庫維護可以實現對現有數據庫進行清零與部分刪除功能，該功能是對系統長期運行導致數據庫存儲量龐大而進行的改進；數據報表打印可以將查詢的數據結果打印到A4紙上；數據另存可以將從數據庫中查詢到的數據存儲到計算機中指定的位置，以便對滿足一定條件的試驗數據進行處理與試驗報告的整理。

2.3 數據曲線查詢界面

利用數據曲線查詢界面(圖7)，可以查看每個試驗臺在一定時間段內一個或幾個數據量關于時間的變化曲線，如溫升曲線等。該界面采用組態王中的歷史趨勢曲線控件實現該功能。歷史趨勢曲線控件不但可以實現組態王歷史數據的曲線繪制，還可以實現工業庫中歷史數據的曲線繪制、ODBC 數據庫中記錄數據的曲線繪制。在運行狀態下，可以實現在線動態增加或刪除曲線、曲線圖表的無級縮放、曲線的動態比較及曲線的打印等功能。

圖7 數據查詢界面

3 結束語

在網絡迅速發展的工業時代，企業的信息化程度制約著企業的發展前景。為了適應信息化的發展，在原有分散的風電齒輪箱測試系統的基礎上設計并建立起網絡集成測試系統，系統除了建立局域網相關的硬件外幾乎沒有其他硬件投入，所以成本很低；數據管理更加方便，原系統是在每個試驗臺做完一次測試工作后都到相應測試系統中拷貝相關測試數據再進行數據處理，出具試驗報告，本測試系統實施后可以直接在集成系統中處理數據并出具試驗報告，使得數據管理方便快捷；由于所有測試數據都傳送到數據服務器站點，無形中增加了一個數據保存路徑，所以數據的丟失幾率降低。在此集成系統建立的基礎上，通過增加軟硬件的相關投入，可以運用到各大主機風場中，使運營商可以方便地對所轄風場進行遠程監控與管理。

[1] 李衛東,丁鈞,孫樵.幾種常見風力發電機組的對比分析[J].風能產業,2013,(8):46～49.

[2] 劉明,林建偉,華青松.基于組態王的齒輪箱測試系統的設計[J].風能產業,2012,(9):56～60.