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)，同時減少現(xiàn)場調(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、上電后動態(tài)調(diào)試。上電前檢查主要包括：接線及標(biāo)識檢查、絕緣檢查、電氣回路檢查等。上電后動態(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)信號檢查、控制指令執(zhí)行檢查、安全功能檢查等。

針對上電前檢查，需要相應(yīng)的測量工具，故本系統(tǒng)配備了如萬用表、絕緣表、相序表、帶攝像頭的平板電腦等工具，同時為避免人為干擾數(shù)據(jù)記錄，選購了具有無線功能的上述測量工具，以使測得數(shù)據(jù)在調(diào)試過程中實(shí)時回傳到本系統(tǒng)。針對上電后動態(tài)調(diào)試，本系統(tǒng)通過多種通信方式實(shí)現(xiàn)檢測、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，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）均儲存于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，方便調(diào)試完成后自動生成調(diào)試報(bào)告和二維碼（包含如調(diào)試人員、時間、地點(diǎn)、機(jī)組編號等信息）。調(diào)試平臺基本架構(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、電壓電流測量類、絕緣測量類、功能測試類、數(shù)字量信號測試類、溫度傳感器測試類、油泵運(yùn)行測試類、軟件版本核對類等十幾個類別。

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、調(diào)試工具以及移動終端等。調(diào)試平臺主要由工控機(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)試平臺向被調(diào)機(jī)組供電，采集被調(diào)機(jī)組設(shè)備信號，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的調(diào)試流程控制模擬I/O信號輸出，然后根據(jù)反饋的被測信號變化情況自動判定測試結(jié)果，同時根據(jù)測試結(jié)果觸發(fā)聲光報(bào)警裝置。調(diào)試工具主要完成被測系統(tǒng)絕緣、電壓、電流、相序等指標(biāo)的測量。移動終端采用平板電腦，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)試方法的對比分析

車間調(diào)試的不同測試內(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。

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)測點(diǎn)（如接地線是否緊固、碳刷是否正確安裝等）判斷該類測試項(xiàng)是否符合要求，這就使得該類測試項(xiàng)缺乏相應(yīng)的證明資料，同時也不利于出現(xiàn)問題后的責(zé)任追溯。

本系統(tǒng)測試該類調(diào)試內(nèi)容時，要求調(diào)試人員使用配備的平板電腦對相應(yīng)測點(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相應(yīng)測點(diǎn)進(jìn)行絕緣值的測量，然后將測得數(shù)據(jù)與要求值進(jìn)行人工比對，最后將滿足要求的測試數(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)測試的目的。另外，若調(diào)試人員對被測對象不熟悉，也需要耗費(fèi)一定時間先找到相應(yīng)測點(diǎn)位置后，才能開始相關(guān)測試。

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)測試該類調(diào)試內(nèi)容時，首先通過圖文的方式引導(dǎo)調(diào)試人員找到測點(diǎn)位置，然后將測量工具置于相應(yīng)測點(diǎn)，系統(tǒng)自動讀取測量工具的記錄值，并將其與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比對，從而實(shí)現(xiàn)自動判斷測試結(jié)果。若測試值滿足要求，語音提示調(diào)試人員測試通過并自動跳轉(zhuǎn)到下一測試內(nèi)容，同時將測量值記錄于調(diào)試報(bào)告中；若測試值不滿足要求，語音提示調(diào)試人員測試不通過并退出調(diào)試序列，并將對應(yīng)測試項(xiàng)測試狀態(tài)標(biāo)記為“不通過”，調(diào)試人員需排查故障后再次測試，直到該測試項(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)試人員首先使用萬用表對相應(yīng)測點(diǎn)進(jìn)行電壓電流值的測量，然后將測得數(shù)據(jù)與要求值進(jìn)行人工比對，最后將滿足要求的測得數(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)的測試意義。另外，若調(diào)試人員對被測對象不熟悉，也需要耗費(fèi)一定時間先找到對應(yīng)測點(diǎn)，然后再開始相關(guān)測試。

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

四、數(shù)字量信號檢查類

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

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

五、液壓站保壓測試

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，若在要求的保壓時間內(nèi)液壓站沒有打壓，則判定測試通過，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 液壓站保壓測試的實(shí)現(xiàn)

圖8 主控超速測試的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)進(jìn)行該類測試時，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)定的保壓時間開始倒計(jì)時，計(jì)時開始后，調(diào)試人員可將該類測試項(xiàng)轉(zhuǎn)為后臺運(yùn)行，繼續(xù)對其他調(diào)試項(xiàng)進(jìn)行測試。測試完成后，系統(tǒng)將自動修改對應(yīng)調(diào)試內(nèi)容的測試結(jié)果，調(diào)試人員只需通過查看其測試結(jié)果判斷該類測試項(xiàng)是否需要排查故障。若需要排查故障，則在排查故障后對相應(yīng)調(diào)試項(xiàng)重新測試，直到測試通過（見圖7）。

六、超速測試

限于車間調(diào)試所處電網(wǎng)環(huán)境，在車間測試時無法真正讓傳動鏈轉(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)試人員首先將待測超速功能的原設(shè)定保護(hù)值改小，然后啟動拖動電機(jī)將傳動鏈轉(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，測試完成后，需人工將超速保護(hù)值恢復(fù)為原設(shè)定值。以上測試方法，一是無法保證測試人員真正做了相關(guān)測試，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，很可能改錯超速保護(hù)值。

本系統(tǒng)進(jìn)行該類測試時，首先通過通信向主控系統(tǒng)發(fā)指令自動修改超速保護(hù)值，然后控制拖動電機(jī)將傳動鏈轉(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)，判斷測試是否通過。若讀取到預(yù)設(shè)故障碼且剎車動作，則測試通過并將測試時設(shè)定的超速保護(hù)值和測試結(jié)果記錄在調(diào)試報(bào)告中；否則，測試失敗，同時語音提示調(diào)試人員排查問題并退出調(diào)試序列。待排查故障后，重新對其進(jìn)行調(diào)試，直到測試通過，系統(tǒng)自動跳轉(zhuǎn)到下一測試項(xiàng)（見圖8）。

結(jié)語

綜上所述，本套智能調(diào)試系統(tǒng)測試內(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)容的測試。通過對調(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)場調(diào)試的工作量，使現(xiàn)場調(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