2016年11月3日，在“2016中國風電電氣裝備技術高峰論壇”上，德國倍福自動化有限公司風電技術部經理王寧強作了《高性能、開放式的智能風電控制平臺》的主旨演講，主要介紹了在智能風機方面對控制平臺的具體要求，并講解了倍福風電控制平臺的主要內容。
以下是演講的主要內容(現(xiàn)場筆錄）
我這里要講智能風電控制平臺主要包含幾個方面：一是風電軟件的控制框架；二是風電中的大數(shù)據(jù)處理；三是風電機組內部的包括風電場級的通訊；四是風電機組工程設計的一些軟件。
首先大家談到智能風機，首先智能是一個什么概念？到目前為止智能制造還沒有一個明確的或者統(tǒng)一的一個概念，只是有一些通用性的描述，它是指個體對客觀事務進行合理分析、判斷及有目的地行動和有效地處理周圍環(huán)境的綜合能力，這包括自動獲取和應用知識的能力、思維推理能力、問題求解能力等等。我們目前有一個研究領域就是人工智能，它實際上是一個計算機和控制綜合的這么一個領域，它的研究方向主要包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理等等，這個地方的智能和我們的智能風機有什么關系？咱們風機是一個更廣的范圍。
目前從智能風機的范圍有一個需求，一是智能風機的算法，包括風機自我學習、自我優(yōu)化，另外就是智能感知，這個感知包括一些傳動鏈振動監(jiān)測、葉片監(jiān)測、激光測量。目前風機控制從單機控制發(fā)展到整個機場協(xié)同控制，包括尾流控制，功率調節(jié)等等。還有大部件健康管理，基于狀態(tài)監(jiān)測進行預防性維護。還有網(wǎng)絡通訊、大數(shù)據(jù)存儲分析，還有風機除了本身的運行控制之外，還要有一些擴展性的功能，另外就是滿足風機的個性化，個性化實際上就是基于它的標準化、模塊化的方式進行實現(xiàn)，另外還有數(shù)字化風機、數(shù)字化風場等等。這些都是智能風機的需求。這個智能風機的需求對于控制平臺有什么要求？我大概把這些需求分析了一下，分為兩個部分，一方面是要求控制平臺具有高性能。比如說智能控制算法，這個地方要做一些智能的感知，或者是預測，或者是智能的算法，它的程序的運行速度，處理能力是有一個很高的要求。
第二個就是狀態(tài)監(jiān)測，狀態(tài)監(jiān)測這一塊需要你有很高的采樣頻率，對于上來的這些數(shù)據(jù)也要有一個很快的響應和處理的能力。另外就是我們很多地方談到大數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)就是首先要經過一個采集、存儲、統(tǒng)計、分析的過程，這些也是需要整個控制平臺具備兼容大數(shù)據(jù)的能力，就是從高性能方面。
開放性方面比如說個性化，風機不是說所有的風機都是一模一樣的，它需要在標準化和模塊化的基礎上可以進行個性化的定制，擴展性的就是說你的除了風機之外，風機本身功能之外還要做一些檢測，或者載荷監(jiān)測，這些功能也可以擴展到風機里面來。另外就是網(wǎng)絡，這是從維護的角度，要便于瀏覽包括短信郵件提醒，從風場協(xié)同控制，包括尾流控制，甚至是LVRT。
基于這兩個方面，我可能介紹一下倍福在本身控制平臺的特點，倍福主推的是PC控制技術，從發(fā)展之初就一直是和信息領域的技術發(fā)展相結合的，從最開始的自動化領域我們都是一些專用的控制器，信息領域里面我們使用的是計算機，這兩個寫相結合就產生了PC控制技術。原來都是一些標準的操作系統(tǒng)，結合操作系統(tǒng)我們有一個運行在溫度層面的實時盒，從通訊角度來講從原來的技術有了工業(yè)英特爾網(wǎng)，基于局域互聯(lián)的獨立控制技術走到了物聯(lián)網(wǎng)、云、大數(shù)據(jù)，到了基于工業(yè)4.0控制架構。對于風電控制來說，我們的平臺也是基于剛才講的技術，基于它的PC控制的控制器，英特爾網(wǎng)通訊，包括狀態(tài)監(jiān)測，還有包括安全等等技術。
剛才說的是硬件系統(tǒng)框架，實際上在硬件系統(tǒng)框架背后我們還有一個軟件框架來支撐這個系統(tǒng)。這個系統(tǒng)包括兩個方面，一個就是說程序的運行，運行部分都是一個模塊化的方式，包括風輪、發(fā)電機，它都是模塊化的東西，對于用戶的好處就是說它可以很方便的去來自定義自己的風機系統(tǒng)，比如說電價系統(tǒng)有多個廠家或者有不同的技術，我們可以自由的來進行拼接，然后進行切換。另外在開發(fā)環(huán)境下，我們會已經做好了軟件模塊，包括像狀態(tài)、參數(shù)、命令等等功能已經做好了，它之間也都是標準的模塊化，可以根據(jù)實際需求進行自由的搭配，并不是說所有的模塊都要實現(xiàn)。在最上層就是和云端或者大數(shù)據(jù)的連接，這個接口我們都已經集成在這個框架里面了。
從高性能這一個角度，我們可能就要牽涉到下面幾個方面，一是CPU，二是大數(shù)據(jù)處理能力，三是高速實時通訊。我們新出的CH-2000系列，是在Corei7雙鶴處理器，內存2GB，還有Cfate卡，當然技術發(fā)展非常快，不限于這一款產品，在未來的發(fā)展中，大家可以看這個關系圖，納米數(shù)是越來越低，CPU核數(shù)越來越多，在2020年128核的技術都會出現(xiàn)，這一個會很快的應用到我們的工業(yè)控制里面來。
這些數(shù)據(jù)有了存儲的介質之后還有一些軟件技術的支撐，來讓它做一些大量的存儲，在我們TcWind框架里面有一個模塊，把所有的數(shù)據(jù)實時的采集到模塊里面來，然后通過這個模塊以非實時的方式和我們傳遞非實時數(shù)據(jù)庫進行通訊，這樣我們可以對運行數(shù)據(jù)庫做到20毫秒的連續(xù)采集量，對于狀態(tài)監(jiān)測可以做到200微秒的采樣，這些所說的采樣都是連續(xù)性的實時的最終存儲到我們的數(shù)據(jù)庫里面來，但是對于更高速的采樣要求，就可以借助本地強大的CPU能力和本地的數(shù)據(jù)存儲能力，在本地進行處理，這個速度就可以更快，可以做到50個微秒。對于本地的存儲，除了剛才講的4G-32G的卡之外，我們還有SATA 6G硬盤選項，可以擴展空間。
本機存儲的數(shù)據(jù)和風場級的數(shù)據(jù)庫之間可以通過數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫這種合并的方式來實現(xiàn)，而不需要過去我們文件的存儲、轉移進行數(shù)據(jù)的合并，相當于風機本地的運行數(shù)據(jù)直接就可以集成到風場的數(shù)據(jù)庫里面，風場的數(shù)據(jù)庫又可以很方便的集成到企業(yè)或者是廠家的中央數(shù)據(jù)庫里面，它們之間都直接走數(shù)據(jù)庫的這種溝通方式。另外對于大數(shù)據(jù)存儲完之后可能需要一個分析的環(huán)節(jié)，我們也有一個新的產品叫TwinCAT Analytics，這是是基于云平臺對數(shù)據(jù)進行在線分析，包括模式識別、設備優(yōu)化等等。它的框架是這樣子，左邊的這個相當于我們的一個設備，在這個設備上面可以通過有的組件Logger這個功能會實時把周期這個數(shù)據(jù)上傳到本地云或者功能云端。這是一個分析平臺，我可以實時的從云端把數(shù)據(jù)取下來，在本地做分析包括做數(shù)據(jù)的顯示。另外我們在云端還有一個數(shù)據(jù)的存儲模塊，但是這個存儲模塊它的接口是開放的，可以很方便的把第三方的數(shù)據(jù)接進來。
另外在I/O級別，我們要獲取數(shù)據(jù)最直接的方式是通過底層的I/O這一塊，有一個XFC技術，可以實現(xiàn)而最快不到10微秒的數(shù)據(jù)采樣。基于這個數(shù)據(jù)我們有一些產品，比如智能監(jiān)測，可以做到50k赫茲的采樣頻率，包括我們的3773還有3783，3783它的采樣時間是50微秒。另外在風場通訊環(huán)節(jié)我們也需要一個高性能的網(wǎng)絡，倍福可以讓整個風場的控制響應時間在1個毫秒之內，而且這個網(wǎng)絡同事可以傳輸快速的實時命令，也可以傳輸非實時的數(shù)據(jù)。
剛才講的是高性能這一塊，對于開放性這一塊我覺得也是非常重要，開放性的它主要就是幾個方面，一是模塊化，二是個性化，三是可擴充，四是互操作。這四個方面基本上涵蓋了開放性的幾個方向。結合具體來講一個是軟件的模型，硬件的接口，自動化編程、標準的通訊協(xié)議，loT的連接。
這個軟件開發(fā)環(huán)境就是TwinCAT3，它本身可以把這些常用的工具集成到TwinCAT3里面來，整個它的軟件模型思路首先是模塊化，模塊化包括兩個方面，一個就是運行時的忙快化，就是所有的模塊都是在后臺獨立一個模塊運行的，另外我們參考了在IT行業(yè)用的比較廣泛的COM技術，我們對它進行了一些適合于實時運行的一些改進，把它叫做TcCOM，它實際上背后的原理和一些概念是和COM是一樣的，只是我們對它做了一些新的定義。
我們在這個TcCOM Module里面所有的模型都要遵循這樣的標準，紅色這一部分就是說每個模塊必須實現(xiàn)的，藍色的部分就是根據(jù)模塊功能的復雜程度是可選去實現(xiàn)的，必須實現(xiàn)的這部分就可以保證模塊和模塊之間最基本的通訊。它就可以采用這種方式就是說首先可以很方便的來搭建個性化的系統(tǒng)，減少工程師的工作量。
這是其中的一個子系統(tǒng)，這里面包括幾個部分從輸入到輸出，第一步就是實際的硬件輸入，中間InputUpdate實際上是對信號做一個預處理，就是說工程量的變化包括現(xiàn)場的設置，通過Inbox這一塊我們把實際的輸入量和仿真量進行一個切換，切換完就是這里面就是實時的數(shù)據(jù)，輸出也是一樣的，輸出值會在這里做一個切換，你這個輸出值是輸出到仿真平臺還是輸出到實際外圍環(huán)境，在OutputUpdate進行切換。我們所有的子系統(tǒng)都是采用相同的架構來實現(xiàn)的。
這是軟件的模型，另外我講一下硬件的開放性，我們的解決方案里面基本上所有的通訊都是基于EtherCAT，這個標準也是中國的國家標準，目前ETG會員已超過3000家，他所提供的產品也是各式各樣的，涵概面非常廣，除了I/O，還有傳感器，這些傳感器本身都是已經具備了EtherCAT的接口，不像我們原來都是要連信號才能進去，這些傳感器進來的直接都是信號，它一個是抗老化程度比較好，另外是一個數(shù)字化的信息。另外EtherCAT由于它本身的快速性和開放性，它可以集成很多種通訊總線，比如說我們常用的，它都可以在I/O層面上很方便的擴展，不管是什么樣的系統(tǒng)都可以把它集成到你的控制系統(tǒng)里面來。
從擴展功能上來講，這地方比較典型的，比如我們手機，手機原來只能打電話，現(xiàn)在隨著手機的處理器越來越強大，內制傳感器越來越豐富，現(xiàn)在可以代替很多種外圍的設備，包括Mp3、導航儀、計算器，風機這塊實際上也有擴展的能力，就是我們有3413這個模塊，只要把這個模塊插到風機里面，實際上它就可以代替電能表，可以直接獲取到現(xiàn)場的有工、無工、濕載（音）等等。
剛才提到這個模塊，它是可以直接做一些電網(wǎng)的監(jiān)測和保護，它本身可以做到50微秒的采樣時間，層壓范圍也非常廣，這些采集的是原始數(shù)據(jù)，進入到控制器里面可以根據(jù)自己的需要計算它的有效值，它就可以帶動電腦監(jiān)測。
另外從狀態(tài)監(jiān)測這里面也提到了3632模塊，通過我們的CMS的軟件庫，就可以完成原始數(shù)據(jù)的處理，相當于就可以把CMS的功能集成到風機主控平臺里面去。
除了剛才講的CMS的智能監(jiān)測以外，現(xiàn)在也開始關注塔架、葉片的檢測，我們也有一些合作伙伴，他們是專業(yè)做監(jiān)測方面的公司，他們把他們的專業(yè)知識做成了能夠在倍福的平臺上做一個模塊化的程序，也就是TcCOM的組件，只要把這個組件加入到這個主控平臺里面來，相當于這個系統(tǒng)就可以直接放到風機主控里面來了。另外包括塔架也是一樣的，只要把它做成TcCOM組件加入到這個組件里面來，就可以進行塔架的檢測。
另外提到自動化接口，這一塊實際上是一個對于提高我們編程的自動化，或者是智能化水平來說是一個很有幫助的工具，通過這個接口可以把過去大量由工程師手動來完成的一些編程或者是配置，都可以由一個軟件自動化來去完成，包括你的風機的變量連接，包括一些標準程序的功能塊復制，都可以來實現(xiàn)。
最后一個就是loT這一塊，剛才講到了基于云的大數(shù)據(jù)處理，事實上現(xiàn)在我們有一個loT的產品家族，這個家族里面軟硬件都包括，我們的軟件支持的就是MQTT、AMQP、OPCUA，這些協(xié)議，通過這些協(xié)議很方便的把控制器連接到云端。當然對于風電場比較特殊，可能不希望風機直接連接到外網(wǎng)上面，可以支持使用內部用云，或者內部信息轉發(fā)器，使用這個功能可以在一個風場內部進行類似于云端的數(shù)據(jù)的共享和防范，但是這種方式它會有很多好處，這地方就不展開了，包括安全性、便利性、效率等等。
除了剛才講的軟件方案之外，我們也會有一些硬件的方案，也就是說我們有一款硬件產品EK9160，它本身內部是集成了loT的協(xié)議，也就是說像我們原來傳統(tǒng)的耦合器方式，把數(shù)據(jù)傳到總線上，現(xiàn)在可以通過這個耦合器把數(shù)據(jù)直接放到云端。比如說耦合器后面掛一些測量溫度等等采集這些信息，通過這個耦合器的接口把信息商船到云端，這個不需要用戶的編程，只需要用戶的配置就可以完成了。也就是說我們可以把其他底層的設備通過云耦合器直接映射到云端。這是倍福的整個對于工業(yè)4.0產品的一個架構。這是軟件層面的，然后再到上層通過ADS，或者云端的方式再傳到云端數(shù)據(jù)庫，這是我們的一個對于4.0這一塊的一個產品架構。時間有限我就介紹到這里，謝謝大家！
