倍福：從工業(yè)4.0到Wind 4.0

文 | 趙福艷

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倍福：從工業(yè)4.0到Wind 4.0

文 | 趙福艷

隨著制造業(yè)由傳統(tǒng)的能量驅(qū)動型逐漸轉(zhuǎn)為數(shù)字信息驅(qū)動型，數(shù)字化成為制造業(yè)產(chǎn)品全生命周期不可缺少的驅(qū)動因素。風電行業(yè)也是如此。隨著越來越多的風電場的規(guī)劃建設，其可靠性變得尤為重要，因此，對機組可利用率和診斷功能方面的數(shù)字化控制需求也在逐步提高。在工業(yè)4.0的浪潮下，設備制造商、供應商、消費者和運營商都可以直接從中受益。

作為風電行業(yè)的供應商，德國倍福自動化有限公司（簡稱“倍福”）一直以基于PC的自動化控制新技術(shù)作為公司的發(fā)展理念，其生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動產(chǎn)品和TwinCAT自動化軟件為各個工控領(lǐng)域提供了完整的解決方案。30 多年來，倍福公司的元件和系統(tǒng)解決方案在世界各地得到了廣泛應用。

隨著各種性價比較好的新產(chǎn)品、新技術(shù)不斷進入中國市場，倍福打破了傳統(tǒng)的控制模式，將 PC 控制新技術(shù)理念推向了中國市場。

TwinCAT 3 Wind Framework作為機組自動化控制的軟件框架，采用工業(yè)4.0的理念和方法。“對于倍福工程師團隊而言，新的架構(gòu)集成了來自世界各地使用過倍福技術(shù)進行自動化控制的 40000 多臺機組的堅實的控制技術(shù)專業(yè)知識，加上十幾年通過為風電領(lǐng)域客戶定制開發(fā)軟件積累的豐富行業(yè)經(jīng)驗”，倍福風電技術(shù)部經(jīng)理王寧強向《風能》介紹，“這個軟件是基于把倍福原來成熟的、在線運行過的軟件做成了具有一定功能性的模塊，可以實現(xiàn)機組內(nèi)部通用的功能。除了基本的管理和狀態(tài)機功能之外，還包括用于事件管理、參數(shù)配置、用戶管理、電源和狀態(tài)監(jiān)測以及仿真等軟件模塊。”

在這一軟件框架基礎上，倍福將工業(yè) 4.0 技術(shù)與其在風電行業(yè)的知識結(jié)合于一體，推出了TwinCAT3 Wind Framework并將其定義為Wind 4.0，旨在讓機組制造商們自己能夠輕松快捷地為他們的系統(tǒng)編程。該框架的所有重要功能都集成到一個通用的軟件包中：從管理和狀態(tài)機，到事件管理和數(shù)據(jù)庫鏈接，再到仿真。

在倍福為風電行業(yè)提供解決方案的16年中，原有的TwinCAT 2 風電應用庫已經(jīng)在各種應用中得到了驗證，并為開發(fā)機組控制管理軟件奠定了堅實的基礎。而當前，規(guī)模越來越大的機組以及日益加快的發(fā)展速度為風電行業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)：配備復雜傳感器和執(zhí)行機構(gòu)的更智能的系統(tǒng)將進一步提高系統(tǒng)的復雜性，這使得故障分析更加復雜，且穩(wěn)定運行越來越困難。

“相較于TwinCAT 2，新推出的TwinCAT 3 Wind Framework軟件，除了在功能上的擴展，本身還基于微軟的Visual Studio平臺，使得它和IT結(jié)合的更加緊密，并在原來支持611131標準編程語言的基礎上，也支持C++語言和MATLAB Simulink。”王寧強提到，“TwinCAT 3還可以借助Visual Studio 的平臺，可以對我們自己的項目、軟件和解決方案進行管理。而TwinCAT 2或是傳統(tǒng)的PLC類的產(chǎn)品在這方面是比較缺乏的，為了迎接這些挑戰(zhàn)，我們將現(xiàn)有的方案和技術(shù)結(jié)合起來開發(fā)了升級版的TwinCAT 3 Wind Framework。”

TwinCAT 3 Wind Framework將使機組制造商能夠快速、方便地實現(xiàn)自主程序開發(fā)。該框架的預制應用模板也在很大程度上簡化了編程過程，讓開發(fā)人員能夠?qū)Ｗ⒂谧钪匾南到y(tǒng)功能，其結(jié)果將是：高效的工程開發(fā)、更短的產(chǎn)品上市時間，以及工業(yè)4.0能為風電產(chǎn)業(yè)帶來的優(yōu)勢。

值得關(guān)注的是，上述提到的應用模板中集成的仿真模型能夠用于再現(xiàn)或評估整個控制系統(tǒng)和不同的運行模式，而且各子系統(tǒng)不僅可以獨立地選擇采用仿真或?qū)嵨镞B接的方式運行，也能夠直接使用原始的控制軟件進行軟件在環(huán)或硬件在環(huán)仿真，甚至可以直接將其應用于培訓試驗臺，僅通過更改參數(shù)，同一版軟件就能實現(xiàn)樣機的快速控制和虛擬調(diào)試。

倍福的軟件框架中集成的編程模板能夠幫助客戶使用面向?qū)ο蟮姆椒ǎ詣痈咝У赝瓿蓹C組控制軟件中的數(shù)據(jù)記錄等功能，將現(xiàn)代信息技術(shù)的成果傳遞給客戶。

“對于變槳系統(tǒng)或偏航系統(tǒng)，要做成一個面向?qū)ο蟮哪K化，將來一個整機廠商可能要針對不同的供應商，原來可能是將程序重新編程來適合這個多樣化系統(tǒng)”，王寧強說，“對于Wind4.0這個系統(tǒng)，只需使用不同的軟件模塊進行組合，而不用重新編寫整個程序。另外，在這個控制軟件里能夠本地集成數(shù)據(jù)庫，而傳統(tǒng)的機組主控軟件都是把數(shù)據(jù)存成文本來記錄數(shù)據(jù)，再通過人工提取進行分析，而該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可放在數(shù)據(jù)庫中直接進行查詢，不必把數(shù)據(jù)提取后再分析，省去了較多中間的繁瑣程序。”

在風電行業(yè)面臨著棄風限電及上網(wǎng)電價下調(diào)的挑戰(zhàn)時，為了使自己的客戶更有競爭力，倍福主要做了兩方面努力：第一個方面是優(yōu)化主控系統(tǒng)成本。由于倍福采用基于PC構(gòu)架的系統(tǒng)，本身就具有性價比優(yōu)勢，近年來他還及時地推出了針對風電應用的高性價比的控制器和I/O產(chǎn)品；另外，倍福的產(chǎn)品基于模塊化，能夠?qū)/O的配置精確到1個通道，可按照客戶的實際需求進行配置，不會增加空閑的I/O通道，更換備件時更加靈活方便，不會造成浪費。

另一方面，除了技術(shù)和產(chǎn)品被中國風電市場認可，倍福也一直在為中國的客戶提供全面的技術(shù)服務。“倍福有較大的技術(shù)團隊，除了及時地提供各種技術(shù)支持，我們還推出了維護工程師現(xiàn)場培訓的服務，能夠幫助我們的客戶提升其維護工程師的專業(yè)化水平，這樣可以明顯地降低現(xiàn)場的故障率，減少故障排除時間。同時也可以為現(xiàn)場工程師提供上升的通道，增加了他們的穩(wěn)定性。因此無論從維護工程師個人還是公司的角度來說都是一個雙贏的過程。”王寧強向作者說到。

未來倍福的發(fā)展可能會在機組智能化、智慧風電場和能源互聯(lián)網(wǎng)方面做些投入。就倍福來講，他們最初的產(chǎn)品是做PC控制，其本身就是一個信息化的產(chǎn)物。從硬件平臺上看，倍福的PC控制和IT是相同的；從通信上來說倍福采用的EtherCAT總線技術(shù)是基于IT中廣泛應用的以太網(wǎng)技術(shù)；從軟件上將微軟的Visual Studio平臺引入到倍福TwinCAT 3 軟件。

目前，倍福在硬件、軟件和通信三方面都和IT行業(yè)聯(lián)系緊密，因此將來無論是信息化還是數(shù)字化，在智能化的平臺上倍福會利用已有的優(yōu)勢，繼續(xù)加大推廣和研發(fā)力度，為風電企業(yè)提供全新的產(chǎn)品、技術(shù)和解決方案。