一、引言

風力發電作為目前技術很成熟、效率很高的可再生能源，受到世界各國的普遍重視。經過多年的探索 與努力，我國在風力發電機組、可再生能源控制系統(變槳系統等)、變流器、系統控制等關鍵技術上都 取得了突破。“十五”期間，中國的并網風電得到迅速發展。本文就內蒙古某大型風力發電項目中，SiboTech 網關如何實現塔基主速度控制系統與機艙可再生能源控制系統的對接。在實現主控 PLC 和可再生能源控制 系統的通信中，泗博自動化的 CANopen 轉 PROFIBUS DP 網關 PCO-150S 表現出了其穩定、可靠的優點。

二、系統組成

1、系統概述

風力發電機組有風輪、傳動系統、偏航系統、液壓系統、制動系統、發電機、控制與安全系統(主控 系統)、機艙、塔架和塔基等組成。SiboTech 的 CANopen 轉 PROFIBUS DP 網關的作用主要是實現塔基主控 系統與機艙可再生能源控制系統的通訊。其中，塔基主控系統包含主速度控制器和變流、逆變器，主速度 控制器采用的是西門子 S7-300 系列可編程邏輯控制器(PLC);可再生能源控制系統采用丹麥 DEIF 的 DM-4 REC-1，是機艙控制柜的主要部分，還包含交、直流伺服驅動控制器等。

2、系統結構

系統構成如圖1，其中略去了主速度控制器(西門子S7-300PLC)之外的其它控制設備。西門子S7-300PLC 的主要任務之一是實現對 DM-4 REC-1(可再生能源控制系統)的監控來控制現場變槳、主動失速以及偏航 控制等。西門子 S7-300PLC(CPU 型號：CPU313C-2DP)采用 PROFIBUS DP 主站協議;DM-4 REC-1(可再生 能源控制系統)支持標準的工業現場總線 CAN 通信，它作為 CANopen 主站，與變頻器(槳葉調節采用變頻 器驅動絲桿結構)和特殊發電機(采用 VACON 變流器和逆變器，實現發電機轉速跟隨風速變化，實現額定 風速一下的葉尖速比控制，實現吸收峰能，變流器和逆變器具有完善的保護功能)通訊，從而保障風機在 額定風速以上時整機載荷安全和發電功率穩定。在該項目中，為了實現西門子 S7-300PLC 和 DM-4 REC-1 之間的數據雙向傳輸，采用了泗博自動化的高性能的 CANopen 從站轉 PROFIBUS DP 從站網關 PCO-150S：

網關 PCO-150S 在 CANopen 側做 CANopen 從站，在 PROFIBUS DP 側做 PROFIBUS DP 從站。用戶通過在 配置軟件 PC-123 中設置相關的命令下載到網關中，并且在西門子 PLC 的組態軟件 STEP7 中設置實際需要 的輸入、輸出字節數，即可實現不同總線數據的雙向傳輸。

3、通信網絡組成

3.1 PROFIBUS 協議簡介

PROFIBUS 是目前國際上通用的現場總線標準之一，以其獨特的技術特點、嚴格的認證 規范、開放的 標準、眾多廠商的支持和不斷發展的應用行規，已成為很重要的和應用很廣泛的 現場總線標準。PROFIBUS 現場總線通訊協議包括三個主要部分： ? PROFIBUS DP：主站和從站之間采用輪循的通訊方式，主要應用于自動化系統中單元級和現場級通 信。 ? PROFIBUS PA：電源和通信數據通過總線并行傳輸，主要用于面向過程自動化系統中單元級和現場 級通訊。 ? 支持 CANopen 協議的最多 8 個字節的 TPDO、最多 8 個字節的 RPDO、最多 4 個字節快速 Download SDO 和最多 4 個字節快速 Upload SDO。 ? PROFIBUS FMS：定義了主站和主站之間的通訊模型，主要用于自動化系統中系統級和車間級的過程 數據交換。 其中，PROFIBUS DP 是高速網絡，通訊速率達到 12M。PROFIBUS DP 可以連接遠程 I/O、執 行機構、 智能馬達控制器、人機界面 HMI、閥門定位器、變頻器等智能設備， 一條 PROFIBUS DP 總線可以最多連 接 123 個從站設備。PROFIBUS DP 的拓撲結構可以是總線型、星型和樹型，通訊介質可以是屏蔽雙絞線、光纖，也支持紅外傳輸，采用雙絞線時，不加中繼器最遠通訊距離可達 1.2 公里，最多可以采用 9 個中 繼器，最遠通訊距離可達 9 公里。采用光纖時，最遠通訊距離可達 100 公里以上，其中采用多膜光纖， 兩點間最遠距離可達 3 公里，采用單膜光纖時，兩點間最遠距離可達 3 公里。 PROFIBUS DP 支持的總線型拓撲如下：

3.2 CANopen 協議簡介

CANopen 協議是 CAN-in-Automation(CiA)定義的標準之一，并且在發布后不久就獲得了廣泛的承認。 尤其是在歐洲，CANopen 協議被認為是在基于 CAN 的工業系統中占領導地位的標準。大多數重要的設備類 型，例如數字和模擬的輸入輸出模塊、驅動設備、操作設備、控制器、可編程控制器或編碼器，都在稱為 "設備描述"的協議中進行描述;"設備描述"定義了不同類型的標準設備及其相應的功能。依靠 CANopen 協 議的支持，可以對不同廠商的設備通過總線進行配置。

在 CANopen 網絡中的通信信息以對象來進行描述的。CANopen 通信模型定義了 4 種報文(通信對象)： 網絡管理報文(NMT)、服務數據對象(SDO)、過程數據對象(PDO)和特殊功能對象。 SDO 通過使用索引和子索引(在 CAN 報文的前幾個字節)，SDO 采用客戶機服務器模式。SDO 客戶機能 夠訪問設備(服務器)對象字典中的條目或項(對象)。 SDO 通過 CAL 中多元域的 CMS(CAN-based Message Specification)對象來實現，允許傳送任何長度的數據(當數據超過 4 個字節時分拆成幾個報文)。SDO 協議是確認服務類型。服務器為每個消息生成一個應答(一個 SDO 需要兩個 ID)。SDO 請求和應答報文總 是包含 8 個字節(沒有意義的數據長度在第一個字節中表示，第一個字節攜帶協議信息)。 PDO 對象用來傳輸實時數據，PDO 對象采用生產者消費者模式。數據從一個生產者傳到一個或多個消 費者。數據傳送限制在 1 到 8 個字節(例如，一個 PDO 可以傳輸最多 64 個數字 I/O 值，或者 4 個 16 位的 AD 值)。PDO 通訊沒有額外的協議規定。PDO 由兩種類型的使用：數據發送和數據接收。它們以 TPDO 和 RPDO 區分。 PDO 可以有多種傳輸方式，其中，同步傳輸是指為了使設備同步，又一個同步應用程序周期性地發送 一個同步對象(SYNC 對象)。異步傳輸是由遠程幀觸發傳送或由設備子協議中規定的對象特定事件觸發傳 送。

三、結束語

該 PLC 控制系統中，PCO-150S 作為西門子 S7-300PLC 和可再生能源控制器 DM-4 REC-1 之間的橋梁， 能夠使這兩種完全不同的現場總線設備實現正常數據通信，使西門子 PLC 監控現場風機槳葉角度、電機轉 速等狀態成為可能。在整個系統中，泗博自動化的 PCO-150S 表現了其穩定、可靠的性能，大大方便了風 力發電行業各種現場總線的應用。

審核編輯：湯梓紅