基于MITA控制器的模塊檢測系統(tǒng)設(shè)計

文 | 姜寅，陳凱，朱長江，毛秋連

控制器是風(fēng)電機組的核心硬件之一，風(fēng)電機組的生產(chǎn)和運維離不開對控制器的質(zhì)量把關(guān)。批量采購的控制器模塊由于運輸、存放等因素會導(dǎo)致個別通道出現(xiàn)異常，直接影響風(fēng)電機組生產(chǎn)和風(fēng)電場運營。另外，若能預(yù)先明確模塊故障原因，可為商務(wù)報修和質(zhì)量糾紛的解決提供技術(shù)依據(jù)。

目前，MITA公司的WP4x00控制系統(tǒng)是國內(nèi)風(fēng)電行業(yè)廣泛應(yīng)用的控制產(chǎn)品之一。然而，用于MITA控制器模塊硬件的專業(yè)檢測設(shè)備幾乎全靠進口，成本較高，不宜推廣。相較而言，工控自動化行業(yè)對傳統(tǒng)PLC控制器的硬件通道檢測方法更加經(jīng)濟、方便。例如，使用常規(guī)硬件連接PLC I/O通道的方法進行硬件查點；將輸出通道反饋接入到輸入通道，檢查兩者的狀態(tài)是否正常；通過查看狀態(tài)指示燈的狀態(tài)判斷控制器或硬件通道是否正常等。上述方法操作簡單，在軟件程序中易于實現(xiàn)。

基于上述MITA控制器模塊的實際問題和需求，本文借鑒PLC硬件通道檢測的思路，提出一種基于WP4x00控制系統(tǒng)的低成本、可靠實用的檢測系統(tǒng)設(shè)計，以實現(xiàn)用戶對MITA控制器模塊硬件通道的自檢與預(yù)檢。

檢測系統(tǒng)設(shè)計

WP4x00控制系統(tǒng)由背板通信模塊、控制器、電網(wǎng)監(jiān)測模塊、CAN通信模塊以及I/O模塊和定制的應(yīng)用程序組成。在應(yīng)用中，通過不同的軟硬件配置可實現(xiàn)對單個風(fēng)電機組部件、單臺風(fēng)電機組、風(fēng)電機組群或者風(fēng)電場整場的控制。其控制系統(tǒng)的運行以事件為基礎(chǔ)，復(fù)雜控制策略的運行速度可達毫秒級，可實現(xiàn)精確的數(shù)據(jù)采集和高效的程序執(zhí)行。針對機組應(yīng)用中的控制器模塊基本功能以及易損模塊和硬件通道，本文設(shè)計的檢測系統(tǒng)涉及以下3種模塊的檢測內(nèi)容：

（1）背板通信模塊WP-Line 110：分組功能是否正常，是否可以實現(xiàn)組與組之間通信。

（2）控制器WP4100 Controller：引導(dǎo)是否正常，OS是否正常啟動，APP是否正常加載。

（3） I/O模塊WP-Line 351 COMBI-1：分組功能是否正常，各I/O通道是否能夠正常輸入輸出。

一、檢測系統(tǒng)組成

如圖1所示，檢測系統(tǒng)主要由HMI、WP4x00控制系統(tǒng)和檢測硬件組成。

HMI為檢測系統(tǒng)的操作界面。

WP4x00控制系統(tǒng)繼承現(xiàn)有風(fēng)電機組控制系統(tǒng)的模塊配置，并精簡為1和3兩組：組1含110（節(jié)點1.1）和4100（節(jié)點1.2）模塊；組3含110（節(jié)點3.1）和351（節(jié)點3.2）模塊。

節(jié)點1.1的110模塊為檢測系統(tǒng)的固定模塊，它與計算機通過IP地址連接通信，實現(xiàn)WP4x00系統(tǒng)與HMI的數(shù)據(jù)交互。同時，該模塊還通過光纖和節(jié)點3.1的110模塊連接通信，實現(xiàn)組1和組3的數(shù)據(jù)交互。

節(jié)點1.2的4100模塊、節(jié)點3.1的110模塊以及節(jié)點3.2的351模塊為被測模塊。其中，4100模塊必須安裝，以用于加載和運行檢測應(yīng)用程序并自檢。由于WP4x00控制系統(tǒng)自帶虛擬配置功能，在模塊缺失的情況下仍能正常運行檢測應(yīng)用程序。因此，檢測系統(tǒng)可以根據(jù)實際需要選擇性地安裝組3模塊進行檢測，既可以單獨安裝110模塊于節(jié)點3.1測試，又可以在組3完全缺失的狀態(tài)下單獨檢測節(jié)點1.2的4100模塊。

檢測硬件為連接351模塊的物理硬件（如電位器和PT100等），用作351模塊I/O通道的信號源或信號指示。

二、檢測應(yīng)用程序

為保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并且保留數(shù)據(jù)顯示的精度等級，檢測應(yīng)用程序繼承現(xiàn)有風(fēng)電機組主控程序的基本框架和I/O變量的初始標(biāo)定換算方式。同時，在保留原程序HMI結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，定制檢測應(yīng)用程序的菜單。

由于需要將351模塊上各通道的輸入或輸出指示狀態(tài)調(diào)用到HMI上顯示，因此，檢測應(yīng)用程序?qū)υ谐绦蛑械耐ǖ雷兞窟M行重新調(diào)整分配（如圖2）。其中，針對DI（數(shù)字量輸入）、Frq（脈沖信號輸入）、AI（模擬量輸入）、PT100（鉑電阻輸入）以及TH_IN（熱敏電阻輸入）類型的輸入通道，可以直接調(diào)用其對應(yīng)的“I_變量”在HMI上顯示輸入通道的狀態(tài)。針對DO（數(shù)字量輸出）和AO（模擬量輸出）輸出通道，需要選取原程序的相關(guān)變量來控制硬件通道輸出電信號。對于備用的硬件輸出通道，可以直接選取與之對應(yīng)的“O_變量”賦值來控制輸出通道輸出。對于已經(jīng)用于風(fēng)電機組控制的輸出通道，需要通過賦值相應(yīng)的“CO_變量”，進而再傳遞給“O_變量”。檢測應(yīng)用程序的運行狀態(tài)處于原程序特殊事件激活的狀態(tài)下，在該狀態(tài)下賦值“O_變量”或“CO_變量”控制輸出通道電信號，同時，控制對應(yīng)的硬件輸出通道呈邏輯高電平或者模擬量輸出。通過修改外圍電路，將DO通道的輸出信號反饋回DI或Frq輸入通道，將AO通道的輸出信號反饋回AI輸入通道，從而節(jié)省外部信號源硬件，上述輸入、輸出通道的信號集中顯示于HMI上。此外，AO通道還能根據(jù)對應(yīng)的HMI參數(shù)項輸出指定的電壓/電流信號，以示其量程范圍內(nèi)的線性特性。

三、模塊檢測判斷方法

待測模塊經(jīng)過正確安裝并供電后，需先進行模塊分組配置和檢測應(yīng)用程序下載，同時檢測110和351模塊的分組功能以及4100控制器的程序加載功能。

為節(jié)點3.1的110模塊和節(jié)點3.2的351模塊供電，并分別設(shè)置組號和節(jié)點號。當(dāng)4100控制器OS啟動后，分別觀察兩種模塊上各自數(shù)碼管的顯示。在正常啟動且組1和組3通信正常的情況下，110模塊循環(huán)顯示“A5”、組號和 “01”，351模塊循環(huán)顯示“A5”和節(jié)點號。

將節(jié)點1.2的4100控制器上電后，先下載檢測應(yīng)用程序。重啟控制器后觀察控制器模塊上的數(shù)碼管顯示。根據(jù)其依次顯示“bL”“oS”，并最終循環(huán)顯示“AP”和“90”，判斷控制器是否正常啟動，以及檢測應(yīng)用程序是否完成加載。

表1 WP-Line 351 模塊通道檢測HMI判斷方法

在完成上述軟硬件配置及檢測后，可執(zhí)行351模塊的硬件通道檢測。觀察模塊上各I/O指示燈的狀態(tài)，并查驗HMI中各輸入、輸出通道的信號狀態(tài)或數(shù)值。同時使用表1的方法，綜合判斷各硬件通道正常與否。對于檢測異常的模塊，需復(fù)檢異常通道以確定問題，并做表單記錄，后續(xù)匯總處理；對于功能正常的模塊，需標(biāo)記為合格品，并按規(guī)定儲存和使用。

檢測系統(tǒng)應(yīng)用實例

應(yīng)用本檢測系統(tǒng)對4100、110以及351模塊進行檢測，完成檢測系統(tǒng)軟硬件配置后，加載運行檢測應(yīng)用程序。系統(tǒng)成功啟動后3個模塊數(shù)碼管分別顯示如下：

（1）110模塊數(shù)碼管循環(huán)顯示“A5”“03”和“01”（如圖 3）。

（2）351模塊數(shù)碼管循環(huán)顯示“A5”和“02”（如圖4）。

（3）當(dāng)4100模塊處于引導(dǎo)、操作系統(tǒng)啟動以及加載檢測應(yīng)用程序的不同階段時，模塊數(shù)碼管依次顯示“bL”“oS”，并最終循環(huán)顯示“AP”和“90”，表明程序完成加載（如圖5）。

對351模塊的I/O硬件通道進行檢測。在HMI上，對硬件通道的反饋信號進行查驗。例如，檢測該351模塊的電流輸入通道AI3.2.61～3.2.64和電流輸出通道AO3.2.53～3.2.55，按照表1中“模擬量輸出”的判斷方法，如圖6所示，在HMI“analog for 3.2.53～3.2.55”的輸入框中輸入模擬值800，控制通道AO3.2.53～3.2.55輸出0.8mA的電流值，查看HMI上對應(yīng)通道的示數(shù)都為0.8mA，由此表明AO3.2.53～3.2.55正常。繼續(xù)查看HMI，AI3.2.61～3.2.64的示數(shù)分別為0.789mA、0.794mA、0.392mA和0.402mA。參考表1中“模擬量輸入（電流）”的判斷方法，表明模塊AI3.2.61～3.2.64正常。

應(yīng)用實例表明，上述系統(tǒng)優(yōu)點為：（1）成本低，僅由常規(guī)風(fēng)電控制器模塊和硬件組成，無需額外器件。（2）程序運行可靠，HMI信號顯示集中，操作方便。

總結(jié)

借鑒PLC硬件通道的檢測方法，本文提出的基于MITA控制器的模塊檢測系統(tǒng)，可滿足用戶對MITA控制器模塊自主檢測的基本需求，為風(fēng)電生產(chǎn)質(zhì)檢人員和運維人員提供一種檢測控制器模塊硬件通道的實用方法。