華銳SL1500風電機組ABB控制系統國產化改造方案研究

［關鍵詞］機組；國產化；控制系統

［中圖分類號］TM921.51 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）10–0144–03

1背景

華銳SL1500機組作為我國自主研發的一種大型風力發電機組，自推出以來一直備受關注。然而，隨著技術的發展和運行經驗的積累，原有的ABB PLC控制系統逐漸顯現出一些問題，如技術過時、備件緊缺、維護成本上升等。為了解決這些問題，并提升機組的性能和可靠性，科研團隊提出了一個全新的國產化改造方案，即使用國產PLC控制系統來替代原有的ABB PLC。

國產化改造方案主要包括硬件升級、軟件適配和系統集成3個具體措施。硬件升級是將所有的舊款ABB PLC逐步替換為新型國產化PLC，以確保機組能夠享受到新技術帶來的好處。軟件適配則是針對國產化PLC的特點，對原有的控制軟件進行適配和優化，以確保新系統的最佳性能表現。而系統集成則是將國產化PLC與其他關鍵部件進行深度融合，形成統一的智能化控制平臺。

2整體結構設計

2.1PLC模塊重新布局設計

在華銳SL1500機組ABB控制系統的國產化改造中，整體結構設計是至關重要的一環。在考慮PLC模塊重新布局設計時，需要充分了解原有的PLC模塊布局情況及存在的問題和挑戰。針對華銳SL1500機組在塔基和機艙配置的PLC模塊，重新進行了統籌布局和設計優化。根據機組原設計要求和后期優化替換，確定了國產PLC及通訊、I/O模塊組件的功能和數量。在布局設計中，考慮每個替換元器件的物理結構，確保安裝到機艙柜的合適位置，以便提高系統的穩定性和可維護性。

SL1500機組ABB PLC機型在塔基和機艙均配置PLC模塊，本方案對兩處PLC模塊重新進行了統籌布局和設計優化。方案涉及的所有PLC和擴展模塊，基于機組原設計要求，并結合后期優化改造進行選型。

2.2硬件設計

在塔基硬件設計中，PLC硬件設計是核心內容之一。需要綜合考慮主控邏輯程序，以確保主機設備的主控邏輯與輸入輸出及通訊等信號，制訂合理方案。在SL1500機組ABB PLC機型中，塔基PLC硬件設計需要考慮控制邏輯的復雜性和實時性要求。為了滿足這些需求，共計153個預留外接點被設計用于模擬和數字量輸入輸出。

通過合理設計PLC硬件、CAN通信和串口通信等部分，可以實現系統的穩定運行和高效控制，為機組的國產化改造奠定堅實基礎。例如，針對SL1500機組ABB PLC機型的CAN通信設計，采用了CanOpen協議和CAN2.0通信協議，確保與變槳變頻器和偏航變頻器等設備的良好通信。同時，串口通信設計方面，將風速儀和面板通信的串行接口接至國產PLC模塊的COM口，以實現數據傳輸和控制需求。

2.2.1塔基硬件設計

機組原塔基柜內配置07KT97PLC1個，其中DI點10個、DO點3個、PT100模擬量6組、操作面板1塊。本方案在塔基柜內安裝通訊及I/O模塊，配置點數為I點16個、O點16個、PT100模擬量8組。為了不影響機組與風場監控系統的通信，塔基部分可優先完成以太網部分的改造。

2.2.2機艙硬件設計

原機組機艙控制柜內有主站PLC、從站PLC、數字量模塊、模擬量模塊4個組件。將以上4個組件拆除后，原位置安裝對應功能的國產PLC組件。機艙國產PLC組件布局如圖1所示。

2.3軟件設計

在軟件設計方面，以SL1500機組ABB PLC機型原有程序為基礎，結合現有優化內容，開發了專用主控程序，以滿足機組的控制要求和安全運行要求。主控程序是整個控制系統的核心，通過對各個子系統的公用模塊實現設計、故障保護實現設計、數據通信實現設計等，構建了一個完整的控制框架。

在軟件設計中，按照3層結構（B/A/S）的布局，設計了控制器底層控制系統，包括系統控制結構設計、控制算法流程圖設計和各功能性模塊算法設計。這些設計保證了系統的穩定性和高效性，能夠有效地實現對機組的控制。

（1）數據通信設計。這一部分考慮了數據通信方式設計、通信協議類型設計和故障數據傳輸設計。通過合理的數據通信設計，不僅能夠實現系統內部各模塊之間的信息交互，還可以確保系統對外部環境的響應及時準確。

（2）上位機界面的設計。包括修改界面參數設計、數據查詢界面設計、登錄注冊界面設計和控制信息下發設計。通過友好直觀的界面設計，操作人員可以方便地監控和管理整個機組的運行狀態，提高了系統的可操作性和可維護性。

（3）入口函數設計方面。主要設計了3個入口函數，即10ms的快速運算函數算法、100ms的中等速度運算函數和1s的主要控制變量時間常數的運算函數。這些入口函數的設計保證了系統對不同時間尺度的任務能夠有針對性地進行處理，提高了系統的響應速度和控制精度。

3國產化改造方案實施

3.1柜門控制屏安裝

對塔基和機艙柜進行開孔，安裝柜門觸摸控制屏。

3.2TBC100控制柜改造

（1）斷開供電開關。驗明無電壓確認安全后，拆除ABB PLC上接線，保證線號齊全，整理好接線，取下ABB PLC。

（2）安裝塔基柜國產PLC及模塊導軌。

（3）重套上改造后的線號管然后壓接，接在對應的信號點上。

3.3機艙控制柜改造

（1）斷開供電開關。驗明無電壓確認安全后，拆除原ABB PLC接線，取下ABB主、從站PLC。

（2）拆除原ABBPLC接線，取下ABB主、從站PLC。

（3）安裝國產PLC模塊、轉接板并接線。未使用的線均需用絕緣膠帶做好絕緣，安置在線槽中。

（4）塔基硬件改造前后對比。改造前塔基PLC模塊如圖2所示，改造后塔基PLC模塊如圖3所示。

（5）機艙硬件改造前后對比。改造前機艙PLC模塊如圖4所示，改造后機艙PLC模塊如圖5所示。

3.4靜態測試

導入PLC程序進行靜態調試，測試塔基與機艙通信是否正常，以及偏航、變槳CANOPEN通信是否正常。校驗各種傳感器接線是否正確，分步驟逐一運行機組各組成部件，保證信號連接良好，能夠具備運行條件。

3.5動態測試

運行進行動態調試，檢測所有數據基本正常，改造正式完成。

4結束語

國產化改造方案的提出解決了ABB PLC存在的技術過時、備件緊缺和維護成本上升等問題。引入新的控制系統后，提升了SL1500機組的自動化水平和控制精度，降低了運營成本，增強了供應鏈安全。通過這次改造，不僅為機組的可持續發展奠定了基礎，也為我國的自主技術創新樹立了典范。