對(duì)于風(fēng)力發(fā)電的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，意味著巨大的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)檫@些在野外工作的控制器要執(zhí)行非常惡劣環(huán)境下的控制任務(wù)，而且，由于遠(yuǎn)離城市，穩(wěn)定性可靠性的要求極其高，否則將會(huì)造成極大的維護(hù)成本，這是風(fēng)力發(fā)電的特殊需求，如何確保所設(shè)計(jì)的控制器是有效可用的？因?yàn)樵诰€的現(xiàn)場測試意味著巨大的投入，另一方面，客戶允許你將一個(gè)不成熟的控制器在現(xiàn)場反復(fù)的測試嗎？他們要采購的是一個(gè)直接投入使用的機(jī)組，而不是一個(gè)半成品，當(dāng)你在開發(fā)新的機(jī)組控制的時(shí)候，以前的經(jīng)驗(yàn)可以借助，可是，最好的方式是它在被運(yùn)到現(xiàn)場之前，控制器已經(jīng)經(jīng)過了大量仿真分析，被驗(yàn)證過可靠的，只需要現(xiàn)場的參數(shù)調(diào)試即可運(yùn)行的，有時(shí)候你需要做的測試是無法搭建現(xiàn)實(shí)條件的，比如：風(fēng)速超速，另一些測試甚至是需要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)極高的臨界和超限測試的，這些巨大的風(fēng)險(xiǎn)如何被規(guī)避？

 

      為了解決在控制器設(shè)計(jì)中的風(fēng)險(xiǎn)和成本的降低問題，在各個(gè)行業(yè)里廣泛使用了被驗(yàn)證為切實(shí)有效的V形開發(fā)流程。它將系統(tǒng)定義、設(shè)計(jì)仿真、快速原型、在環(huán)測試進(jìn)行了統(tǒng)一的規(guī)劃，按照這個(gè)流程，嚴(yán)格執(zhí)行的設(shè)計(jì)流程，控制器被以一種低成本和低風(fēng)險(xiǎn)的方式完成，在諸多領(lǐng)域，如：飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車引擎及整車設(shè)計(jì)、FPGA的芯片應(yīng)用設(shè)計(jì)、建筑防災(zāi)設(shè)計(jì)等等，被廣泛證明是一項(xiàng)極其有效的控制器設(shè)計(jì)和仿真平臺(tái)。

      B&R的Automation Studio具有這樣構(gòu)建系統(tǒng)控制器的能力，尤其適應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電這樣Modeling Based的控制器設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用。

      目前這個(gè)廣泛使用的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念在機(jī)械制造業(yè)的設(shè)計(jì)中尚未被真正采用，B&R前瞻性的預(yù)測到未來軟件正在成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，而先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念將為客戶降低大量的測試成本和風(fēng)險(xiǎn)，這是一項(xiàng)非常具有競爭力的利器，因此，2008年初，B&R推出在其系統(tǒng)中集成了Matlab SIMULINK用于仿真和Stateflow的邏輯仿真工具，并且將Embedded Real-time workshop coder集成于Automation Studio架構(gòu)中用于代碼的自動(dòng)生成。

      下面這個(gè)流程框架圖清晰的描繪了整個(gè)V形開發(fā)的過程，它基于服務(wù)客戶的整個(gè)需求，以客戶需求為中心設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)的控制器設(shè)計(jì)系統(tǒng)。
 

      2.1系統(tǒng)定義：根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求nc.qoos.ipi，完成機(jī)組整個(gè)控制的設(shè)計(jì)需求分析、設(shè)計(jì)規(guī)范，如功率控制算法軟件模塊、變槳伺服控制算法、機(jī)組邏輯、控制對(duì)象參數(shù)等。這些建立在深刻的理解行業(yè)需求和深度的客戶溝通基礎(chǔ)上來實(shí)現(xiàn)，因此Customer是這個(gè)V形的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

 

      2.2建模與仿真：根據(jù)控制系統(tǒng)定義，將整個(gè)系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)軟件環(huán)境下實(shí)現(xiàn)，即對(duì)控制器的控制邏輯、控制對(duì)象環(huán)境進(jìn)行建模仿真，以幫助設(shè)計(jì)者在先期就對(duì)系統(tǒng)指標(biāo)、誤差等進(jìn)行快速評(píng)估。仿真工具是集成在Automation Studio內(nèi)部的Mathworks Matlab/Simulink®.Simulink及stateflow工具允許我們使用可視化的工具和組件來建立控制系統(tǒng)的模型，并進(jìn)行有效的仿真?！癕odeling Based”是一個(gè)理念，基于建模對(duì)于風(fēng)力發(fā)電而言極其重要，建模使得各種控制器所需組件物理形式的均可在模擬環(huán)境中被集成進(jìn)來，整個(gè)機(jī)組的模型可以分為獨(dú)立的單元和快速的合并單元構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)，它能夠?qū)γ總€(gè)獨(dú)立單元的仿真，也能將整個(gè)模型集成進(jìn)行仿真。

 

      2.3快速原型：快速控制原型(Rapid Control Prototype簡稱快速原型)，因?yàn)檐浖抡娌荒芡耆w現(xiàn)實(shí)際的動(dòng)態(tài)環(huán)境，需要開發(fā)一個(gè)控制器硬件原型用以在真實(shí)環(huán)境下驗(yàn)證算法，即將控制器模型下載到一個(gè)實(shí)時(shí)硬件平臺(tái)，并通過I/O連接至真實(shí)環(huán)境中的傳感器、執(zhí)行器并進(jìn)行測試，該過程即快速原型，也常稱為軟件在環(huán)。選用實(shí)時(shí)硬件平臺(tái)是為了仿真的時(shí)效性、確定性和穩(wěn)定性。B&R的X20 CPU系統(tǒng)即是一個(gè)真正意義的實(shí)時(shí)硬件平臺(tái)，它具有Automation Runtime這樣的定性實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，控制器的實(shí)際分布式X20I/O也可以被直接連接到這個(gè)控制器上，以及其它的現(xiàn)場設(shè)備，通信接口等均可以用于構(gòu)成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)所需的各種組件，例如，為了獲得溫度、振動(dòng)、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、風(fēng)速、風(fēng)向的傳感器接入到這個(gè)硬件平臺(tái)中來。

 

      2.4代碼自動(dòng)生成與軟件測試：控制器模型在通過快速原型環(huán)節(jié)驗(yàn)證之后，將該模型自動(dòng)或手工生成C代碼或其它支持類型的代碼，并下載到控制器。并對(duì)所產(chǎn)生的目標(biāo)代碼進(jìn)行測試。

      2.4.1代碼自動(dòng)生成：在Automation Studio中集成了Embedded Real-time Workshop Coder，它可以將SIMULINK設(shè)計(jì)的模型和仿真結(jié)果生成代碼，所生成的代碼具有極高的效率，也支持其它的代碼集成，這樣生成的代碼將被下載到硬件環(huán)境中來執(zhí)行硬件在環(huán)環(huán)測試。

 

      2.4.2硬件在環(huán)(Hardware in the Loop)是指將已下載目標(biāo)代碼的控制器通過I/O連接至先前建立的環(huán)境模型(硬件在環(huán)仿真器)搜企網(wǎng)，并測試該控制器在各種工況下的功能性和穩(wěn)定性。硬件在環(huán)是一個(gè)閉環(huán)的測試系統(tǒng)，可重復(fù)地進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真;可在試驗(yàn)室里仿真風(fēng)速的變化、湍流對(duì)機(jī)組的影響，機(jī)組溫度升高、變槳等極限情況，無需真實(shí)的測試環(huán)境組件，并且可以反復(fù)進(jìn)行，節(jié)約測試成本，通常它是被用于風(fēng)險(xiǎn)較高和成本較高的臨界條件測試和極限工況IIAnews.com，沒有實(shí)際風(fēng)險(xiǎn);并可通過軟件、硬件來模擬開路、與地短接、以及模擬傳感器、執(zhí)行器出錯(cuò)情況系統(tǒng)的響應(yīng)邏輯及過程。

 

      B&R Automation Studio集成的SIMULINK及Coder個(gè)工具構(gòu)筑了一個(gè)風(fēng)力發(fā)電整機(jī)控制器設(shè)計(jì)的解決方案平臺(tái)，它將基于Modeling Based、Automatic Coding以及Hardware In the Loop集成在一個(gè)V形設(shè)計(jì)流程里，構(gòu)成閉環(huán)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，應(yīng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電對(duì)于臨界及極限情況的無風(fēng)險(xiǎn)仿真，并且能夠反復(fù)進(jìn)行，而無需投入真正的實(shí)際現(xiàn)場大量測試的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于成本的節(jié)省是巨大的。

 

      不僅僅在風(fēng)力發(fā)電，在機(jī)械制造的其它各個(gè)領(lǐng)域，這種面向未來的設(shè)計(jì)理念將帶給客戶巨大的成本節(jié)省和軟件的穩(wěn)定與可用性，B&R的平臺(tái)利器將在未來發(fā)揮更加重要的作用。