風(fēng)電機(jī)組智能調(diào)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)

（作者單位：東方電氣風(fēng)電有限公司）

當(dāng)前大部分整機(jī)制造商在完成設(shè)備的生產(chǎn)后，機(jī)組出廠調(diào)試多是通過人工完成。由于不同機(jī)型機(jī)組調(diào)試要求不一，這就要求調(diào)試人員對(duì)不同機(jī)型調(diào)試要求及各系統(tǒng)功能必須有足夠的了解，于是整機(jī)商通常需要投入大量的精力培訓(xùn)調(diào)試人員。但是，即使調(diào)試人員掌握了相關(guān)機(jī)型的調(diào)試要求，由于調(diào)試環(huán)境、調(diào)試設(shè)備的狀態(tài)以及調(diào)試人員的技能水平等因素仍然有可能對(duì)調(diào)試結(jié)果造成較大影響，機(jī)組出廠質(zhì)量無法得到充分保障。加之風(fēng)電機(jī)組多數(shù)安裝于地理位置偏僻、環(huán)境較為惡劣的偏遠(yuǎn)地區(qū)，因此嚴(yán)格地進(jìn)行機(jī)組出廠調(diào)試，可以盡早地發(fā)現(xiàn)并處理存在的質(zhì)量問題，保證機(jī)組在出廠前處于合格狀態(tài)，同時(shí)減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作量。

基于風(fēng)電機(jī)組現(xiàn)有調(diào)試方法的總結(jié)，結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)開發(fā)了本套系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要通過圖文指引、聲光報(bào)警等方式引導(dǎo)調(diào)試人員按照標(biāo)準(zhǔn)化流程完成風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙與變槳系統(tǒng)的出廠調(diào)試。

智能調(diào)試系統(tǒng)工作原理

風(fēng)電機(jī)組的機(jī)艙及變槳系統(tǒng)車間調(diào)試主要包括：上電前檢查、上電后動(dòng)態(tài)調(diào)試。上電前檢查主要包括：接線及標(biāo)識(shí)檢查、絕緣檢查、電氣回路檢查等。上電后動(dòng)態(tài)調(diào)試主要包括：控制系統(tǒng)軟件版本檢查、設(shè)備狀態(tài)信號(hào)檢查、控制指令執(zhí)行檢查、安全功能檢查等。

針對(duì)上電前檢查，需要相應(yīng)的測(cè)量工具，故本系統(tǒng)配備了如萬(wàn)用表、絕緣表、相序表、帶攝像頭的平板電腦等工具，同時(shí)為避免人為干擾數(shù)據(jù)記錄，選購(gòu)了具有無線功能的上述測(cè)量工具，以使測(cè)得數(shù)據(jù)在調(diào)試過程中實(shí)時(shí)回傳到本系統(tǒng)。針對(duì)上電后動(dòng)態(tài)調(diào)試，本系統(tǒng)通過多種通信方式實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制被調(diào)系統(tǒng)各設(shè)備的狀態(tài)及運(yùn)行。通過PCI功能板卡模擬被調(diào)系統(tǒng)的I/O信號(hào)，保證被調(diào)系統(tǒng)處于真實(shí)環(huán)境下運(yùn)行調(diào)試。另外，為保證調(diào)試過程的可追溯性，調(diào)試過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息（照片、電壓值、電流值、調(diào)試結(jié)果等）均儲(chǔ)存于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便調(diào)試完成后自動(dòng)生成調(diào)試報(bào)告和二維碼（包含如調(diào)試人員、時(shí)間、地點(diǎn)、機(jī)組編號(hào)等信息）。調(diào)試平臺(tái)基本架構(gòu)如圖1所示。

智能調(diào)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

以下分別從系統(tǒng)的軟件、硬件實(shí)現(xiàn)及調(diào)試流程等方面進(jìn)行說明。

一、調(diào)試內(nèi)容分類

總結(jié)被調(diào)試系統(tǒng)（即變槳系統(tǒng)、機(jī)艙系統(tǒng)）不同調(diào)試內(nèi)容的異同，將調(diào)試內(nèi)容整理分類成如外觀檢查類、電壓電流測(cè)量類、絕緣測(cè)量類、功能測(cè)試類、數(shù)字量信號(hào)測(cè)試類、溫度傳感器測(cè)試類、油泵運(yùn)行測(cè)試類、軟件版本核對(duì)類等十幾個(gè)類別。

二、軟件設(shè)計(jì)

使用Labview軟件按照上述整理好的調(diào)試類別進(jìn)行模塊化的函數(shù)設(shè)計(jì)，每個(gè)類別調(diào)試項(xiàng)函數(shù)設(shè)計(jì)主要包括該類調(diào)試項(xiàng)的通過判斷邏輯、失敗判斷邏輯、模擬I/O信號(hào)輸出控制邏輯、調(diào)試引導(dǎo)文字、調(diào)試引導(dǎo)圖片、輸出報(bào)表書簽、二維碼、合格標(biāo)簽等的設(shè)計(jì)。然后針對(duì)不同機(jī)型調(diào)試內(nèi)容的具體要求，使用相應(yīng)調(diào)試類型函數(shù)編寫對(duì)應(yīng)機(jī)型的調(diào)試序列代碼。

三、系統(tǒng)搭建

圖1 智能調(diào)試系統(tǒng)基本架構(gòu)

本系統(tǒng)主要包括：調(diào)試平臺(tái)、調(diào)試工具以及移動(dòng)終端等。調(diào)試平臺(tái)主要由工控機(jī)、PCI功能板卡、供電主回路、UPS電源以及聲光報(bào)警裝置等組成。調(diào)試平臺(tái)向被調(diào)機(jī)組供電，采集被調(diào)機(jī)組設(shè)備信號(hào)，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的調(diào)試流程控制模擬I/O信號(hào)輸出，然后根據(jù)反饋的被測(cè)信號(hào)變化情況自動(dòng)判定測(cè)試結(jié)果，同時(shí)根據(jù)測(cè)試結(jié)果觸發(fā)聲光報(bào)警裝置。調(diào)試工具主要完成被測(cè)系統(tǒng)絕緣、電壓、電流、相序等指標(biāo)的測(cè)量。移動(dòng)終端采用平板電腦，為調(diào)試人員提供調(diào)試引導(dǎo)圖文、數(shù)據(jù)錄入、圖片拍攝及存檔等功能。智能調(diào)試系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

四、調(diào)試流程

使用本調(diào)試系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試的具體流程如圖3所示。

與傳統(tǒng)調(diào)試方法的對(duì)比分析

車間調(diào)試的不同測(cè)試內(nèi)容的技術(shù)要求、調(diào)試方法以及判定依據(jù)不盡相同。本文通過對(duì)比典型調(diào)試內(nèi)容，分析與傳統(tǒng)調(diào)試方法相比，智能調(diào)試系統(tǒng)所具有的優(yōu)勢(shì)。

一、外觀檢查類

傳統(tǒng)調(diào)試方法通常是調(diào)試人員通過肉眼觀察相應(yīng)測(cè)點(diǎn)（如接地線是否緊固、碳刷是否正確安裝等）判斷該類測(cè)試項(xiàng)是否符合要求，這就使得該類測(cè)試項(xiàng)缺乏相應(yīng)的證明資料，同時(shí)也不利于出現(xiàn)問題后的責(zé)任追溯。

本系統(tǒng)測(cè)試該類調(diào)試內(nèi)容時(shí)，要求調(diào)試人員使用配備的平板電腦對(duì)相應(yīng)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行拍照記錄，并且將拍得照片記錄于調(diào)試報(bào)告中。通過這種方式，便可為外觀檢查類調(diào)試內(nèi)容提供相應(yīng)的證明資料，并為后續(xù)的問題追責(zé)提供相應(yīng)依據(jù)（見圖4）。

二、絕緣檢查類

傳統(tǒng)調(diào)試方法通常是調(diào)試人員使用絕緣表對(duì)相應(yīng)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行絕緣值的測(cè)量，然后將測(cè)得數(shù)據(jù)與要求值進(jìn)行人工比對(duì)，最后將滿足要求的測(cè)試數(shù)據(jù)填寫在調(diào)試報(bào)告中。這種調(diào)試方式嚴(yán)重依賴調(diào)試人員，無法避免人為因素干擾，容易出現(xiàn)即使測(cè)得數(shù)據(jù)不滿足要求，調(diào)試人員也可以將符合要求的數(shù)據(jù)記錄于調(diào)試報(bào)告中，無法達(dá)到真實(shí)測(cè)試的目的。另外，若調(diào)試人員對(duì)被測(cè)對(duì)象不熟悉，也需要耗費(fèi)一定時(shí)間先找到相應(yīng)測(cè)點(diǎn)位置后，才能開始相關(guān)測(cè)試。

圖2 智能調(diào)試系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

圖3 調(diào)試流程

本系統(tǒng)測(cè)試該類調(diào)試內(nèi)容時(shí)，首先通過圖文的方式引導(dǎo)調(diào)試人員找到測(cè)點(diǎn)位置，然后將測(cè)量工具置于相應(yīng)測(cè)點(diǎn)，系統(tǒng)自動(dòng)讀取測(cè)量工具的記錄值，并將其與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比對(duì)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判斷測(cè)試結(jié)果。若測(cè)試值滿足要求，語(yǔ)音提示調(diào)試人員測(cè)試通過并自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到下一測(cè)試內(nèi)容，同時(shí)將測(cè)量值記錄于調(diào)試報(bào)告中；若測(cè)試值不滿足要求，語(yǔ)音提示調(diào)試人員測(cè)試不通過并退出調(diào)試序列，并將對(duì)應(yīng)測(cè)試項(xiàng)測(cè)試狀態(tài)標(biāo)記為“不通過”，調(diào)試人員需排查故障后再次測(cè)試，直到該測(cè)試項(xiàng)通過（見圖5）。

三、電壓電流檢查類

傳統(tǒng)調(diào)試方法通常是調(diào)試人員首先使用萬(wàn)用表對(duì)相應(yīng)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行電壓電流值的測(cè)量，然后將測(cè)得數(shù)據(jù)與要求值進(jìn)行人工比對(duì)，最后將滿足要求的測(cè)得數(shù)據(jù)填寫在調(diào)試報(bào)告中。這種調(diào)試方法同樣嚴(yán)重依賴調(diào)試人員，無法避免人為因素干擾，即使測(cè)得數(shù)據(jù)不滿足要求，調(diào)試人員仍可以將符合要求的結(jié)果記錄于調(diào)試報(bào)告中，這樣就失去了相關(guān)調(diào)試項(xiàng)的測(cè)試意義。另外，若調(diào)試人員對(duì)被測(cè)對(duì)象不熟悉，也需要耗費(fèi)一定時(shí)間先找到對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)，然后再開始相關(guān)測(cè)試。

本系統(tǒng)測(cè)試該類調(diào)試內(nèi)容時(shí)，首先通過圖文的方式引導(dǎo)調(diào)試人員找到測(cè)點(diǎn)位置，然后將測(cè)量工具置于對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)后，系統(tǒng)自動(dòng)讀取測(cè)量工具的記錄值，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的判定邏輯自動(dòng)判斷測(cè)試結(jié)果。若測(cè)試值滿足要求，系統(tǒng)語(yǔ)音提示調(diào)試人員撤除測(cè)量工具并自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到下一調(diào)試內(nèi)容的測(cè)試，同時(shí)自動(dòng)將測(cè)量值記錄于調(diào)試報(bào)告；若測(cè)試值不滿足要求，系統(tǒng)語(yǔ)音提示調(diào)試人員測(cè)試不通過并退出調(diào)試序列，并將對(duì)應(yīng)測(cè)試項(xiàng)測(cè)試狀態(tài)標(biāo)記為“不通過”，此時(shí)調(diào)試人員需要排查故障后再次測(cè)試直到該測(cè)試項(xiàng)通過（見圖6）。

四、數(shù)字量信號(hào)檢查類

傳統(tǒng)調(diào)試方法通常是調(diào)試人員首先通過調(diào)試軟件讀取待測(cè)信號(hào)的狀態(tài)，然后按照對(duì)應(yīng)的判定依據(jù)（如正常為1或0）判斷被測(cè)信號(hào)是否正常，最后將測(cè)量結(jié)果填寫在調(diào)試報(bào)告中。但由于該類測(cè)試項(xiàng)通常測(cè)點(diǎn)較多，傳統(tǒng)調(diào)試方式極易出現(xiàn)漏測(cè)或誤測(cè)的情況，不利于該類調(diào)試項(xiàng)測(cè)試的完整性及準(zhǔn)確性。

本系統(tǒng)測(cè)試該類調(diào)試內(nèi)容時(shí)，首先通過通信或硬件接線的方式讀取待測(cè)信號(hào)，然后依據(jù)預(yù)設(shè)判斷條件，通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)該類測(cè)試項(xiàng)全部測(cè)點(diǎn)的一次性判定，可以大大減少人為判定導(dǎo)致出錯(cuò)的情況，同時(shí)也使得該類調(diào)試項(xiàng)的調(diào)試效率及準(zhǔn)確性得到大幅提升。另外，若這一類別測(cè)試過程中，出現(xiàn)任一測(cè)點(diǎn)判定不通過，系統(tǒng)將自動(dòng)退出調(diào)試序列，并語(yǔ)音提示調(diào)試人員檢查問題測(cè)點(diǎn)，待排查故障后再次測(cè)試，直到該類調(diào)試項(xiàng)的全部測(cè)點(diǎn)通過，系統(tǒng)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到下一測(cè)試項(xiàng)并將測(cè)試結(jié)果記錄于調(diào)試報(bào)告中。

五、液壓站保壓測(cè)試

傳統(tǒng)調(diào)試方法通常是調(diào)試人員首先通過調(diào)試軟件將液壓站壓力打壓至要求的保壓壓力，然后開始倒計(jì)時(shí)，若在要求的保壓時(shí)間內(nèi)液壓站沒有打壓，則判定測(cè)試通過，并將最終的液壓站壓力值填寫在調(diào)試報(bào)告中。傳統(tǒng)調(diào)試方法要求安排調(diào)試人員蹲守在液壓站附近，觀察其是否動(dòng)作，嚴(yán)重依賴調(diào)試人員的自我判斷。

圖4 外觀檢查類調(diào)試的實(shí)現(xiàn)

圖5 絕緣檢查類調(diào)試的實(shí)現(xiàn)

圖6 電壓電流檢查類調(diào)試的實(shí)現(xiàn)

圖7 液壓站保壓測(cè)試的實(shí)現(xiàn)

圖8 主控超速測(cè)試的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)進(jìn)行該類測(cè)試時(shí)，首先通過通信控制液壓站打壓到保壓壓力，然后按預(yù)先設(shè)定的保壓時(shí)間開始倒計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)開始后，調(diào)試人員可將該類測(cè)試項(xiàng)轉(zhuǎn)為后臺(tái)運(yùn)行，繼續(xù)對(duì)其他調(diào)試項(xiàng)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試完成后，系統(tǒng)將自動(dòng)修改對(duì)應(yīng)調(diào)試內(nèi)容的測(cè)試結(jié)果，調(diào)試人員只需通過查看其測(cè)試結(jié)果判斷該類測(cè)試項(xiàng)是否需要排查故障。若需要排查故障，則在排查故障后對(duì)相應(yīng)調(diào)試項(xiàng)重新測(cè)試，直到測(cè)試通過（見圖7）。

六、超速測(cè)試

限于車間調(diào)試所處電網(wǎng)環(huán)境，在車間測(cè)試時(shí)無法真正讓傳動(dòng)鏈轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定的超速保護(hù)值，傳統(tǒng)調(diào)試方法通常是由調(diào)試人員首先將待測(cè)超速功能的原設(shè)定保護(hù)值改小，然后啟動(dòng)拖動(dòng)電機(jī)將傳動(dòng)鏈轉(zhuǎn)速提升到保護(hù)值以上，最后通過人工檢查主控系統(tǒng)是否觸發(fā)超速停機(jī)故障和剎車，判斷該類調(diào)試項(xiàng)是否通過。同時(shí)，測(cè)試完成后，需人工將超速保護(hù)值恢復(fù)為原設(shè)定值。以上測(cè)試方法，一是無法保證測(cè)試人員真正做了相關(guān)測(cè)試，二是修改及還原超速保護(hù)值的過程中，若遇到調(diào)試人員不熟悉相關(guān)要求，很可能改錯(cuò)超速保護(hù)值。

本系統(tǒng)進(jìn)行該類測(cè)試時(shí)，首先通過通信向主控系統(tǒng)發(fā)指令自動(dòng)修改超速保護(hù)值，然后控制拖動(dòng)電機(jī)將傳動(dòng)鏈轉(zhuǎn)速提升到保護(hù)值以上，最后通過通信讀取超速故障碼及剎車是否觸發(fā)，判斷測(cè)試是否通過。若讀取到預(yù)設(shè)故障碼且剎車動(dòng)作，則測(cè)試通過并將測(cè)試時(shí)設(shè)定的超速保護(hù)值和測(cè)試結(jié)果記錄在調(diào)試報(bào)告中；否則，測(cè)試失敗，同時(shí)語(yǔ)音提示調(diào)試人員排查問題并退出調(diào)試序列。待排查故障后，重新對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，直到測(cè)試通過，系統(tǒng)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到下一測(cè)試項(xiàng)（見圖8）。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本套智能調(diào)試系統(tǒng)測(cè)試內(nèi)容全面，能夠有效地完成風(fēng)電機(jī)組出廠前調(diào)試內(nèi)容的測(cè)試。通過對(duì)調(diào)試過程數(shù)據(jù)的全面記錄及調(diào)試報(bào)告的電子化自動(dòng)生成，使得車間調(diào)試過程更加可控，加強(qiáng)了風(fēng)電機(jī)組出廠調(diào)試的質(zhì)量管控力度，同時(shí)也大大提高了車間調(diào)試效率及準(zhǔn)確性。另外，也間接地減少了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工作量，使現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試效率得到提升。當(dāng)然，機(jī)組的出廠調(diào)試僅是保障風(fēng)電機(jī)組質(zhì)量的一個(gè)環(huán)節(jié)，風(fēng)電產(chǎn)品的質(zhì)量保障同樣也需要運(yùn)輸過程控制、吊裝質(zhì)量控制以及科學(xué)定期維護(hù)等多方面因素的協(xié)同保障。

攝影：雷平