倍福：从工业4.0到Wind 4.0

文 | 赵福艳



倍福：从工业4.0到Wind 4.0

文 | 赵福艳

随着制造业由传统的能量驱动型逐渐转为数字信息驱动型，数字化成为制造业产品全生命周期不可缺少的驱动因素。风电行业也是如此。随着越来越多的风电场的规划建设，其可靠性变得尤为重要，因此，对机组可利用率和诊断功能方面的数字化控制需求也在逐步提高。在工业4.0的浪潮下，设备制造商、供应商、消费者和运营商都可以直接从中受益。

作为风电行业的供应商，德国倍福自动化有限公司（简称“倍福”）一直以基于PC的自动化控制新技术作为公司的发展理念，其生产的工业 PC、现场总线模块、驱动产品和TwinCAT自动化软件为各个工控领域提供了完整的解决方案。30 多年来，倍福公司的元件和系统解决方案在世界各地得到了广泛应用。

随着各种性价比较好的新产品、新技术不断进入中国市场，倍福打破了传统的控制模式，将 PC 控制新技术理念推向了中国市场。

TwinCAT 3 Wind Framework作为机组自动化控制的软件框架，采用工业4.0的理念和方法。“对于倍福工程师团队而言，新的架构集成了来自世界各地使用过倍福技术进行自动化控制的 40000 多台机组的坚实的控制技术专业知识，加上十几年通过为风电领域客户定制开发软件积累的丰富行业经验”，倍福风电技术部经理王宁强向《风能》介绍，“这个软件是基于把倍福原来成熟的、在线运行过的软件做成了具有一定功能性的模块，可以实现机组内部通用的功能。除了基本的管理和状态机功能之外，还包括用于事件管理、参数配置、用户管理、电源和状态监测以及仿真等软件模块。”

在这一软件框架基础上，倍福将工业 4.0 技术与其在风电行业的知识结合于一体，推出了TwinCAT3 Wind Framework并将其定义为Wind 4.0，旨在让机组制造商们自己能够轻松快捷地为他们的系统编程。该框架的所有重要功能都集成到一个通用的软件包中：从管理和状态机，到事件管理和数据库链接，再到仿真。

在倍福为风电行业提供解决方案的16年中，原有的TwinCAT 2 风电应用库已经在各种应用中得到了验证，并为开发机组控制管理软件奠定了坚实的基础。而当前，规模越来越大的机组以及日益加快的发展速度为风电行业带来了新的挑战：配备复杂传感器和执行机构的更智能的系统将进一步提高系统的复杂性，这使得故障分析更加复杂，且稳定运行越来越困难。

“相较于TwinCAT 2，新推出的TwinCAT 3 Wind Framework软件，除了在功能上的扩展，本身还基于微软的Visual Studio平台，使得它和IT结合的更加紧密，并在原来支持611131标准编程语言的基础上，也支持C++语言和MATLAB Simulink。”王宁强提到，“TwinCAT 3还可以借助Visual Studio 的平台，可以对我们自己的项目、软件和解决方案进行管理。而TwinCAT 2或是传统的PLC类的产品在这方面是比较缺乏的，为了迎接这些挑战，我们将现有的方案和技术结合起来开发了升级版的TwinCAT 3 Wind Framework。”

TwinCAT 3 Wind Framework将使机组制造商能够快速、方便地实现自主程序开发。该框架的预制应用模板也在很大程度上简化了编程过程，让开发人员能够专注于最重要的系统功能，其结果将是：高效的工程开发、更短的产品上市时间，以及工业4.0能为风电产业带来的优势。

值得关注的是，上述提到的应用模板中集成的仿真模型能够用于再现或评估整个控制系统和不同的运行模式，而且各子系统不仅可以独立地选择采用仿真或实物连接的方式运行，也能够直接使用原始的控制软件进行软件在环或硬件在环仿真，甚至可以直接将其应用于培训试验台，仅通过更改参数，同一版软件就能实现样机的快速控制和虚拟调试。

倍福的软件框架中集成的编程模板能够帮助客户使用面向对象的方法，自动高效地完成机组控制软件中的数据记录等功能，将现代信息技术的成果传递给客户。

“对于变桨系统或偏航系统，要做成一个面向对象的模块化，将来一个整机厂商可能要针对不同的供应商，原来可能是将程序重新编程来适合这个多样化系统”，王宁强说，“对于Wind4.0这个系统，只需使用不同的软件模块进行组合，而不用重新编写整个程序。另外，在这个控制软件里能够本地集成数据库，而传统的机组主控软件都是把数据存成文本来记录数据，再通过人工提取进行分析，而该系统的数据可放在数据库中直接进行查询，不必把数据提取后再分析，省去了较多中间的繁琐程序。”

在风电行业面临着弃风限电及上网电价下调的挑战时，为了使自己的客户更有竞争力，倍福主要做了两方面努力：第一个方面是优化主控系统成本。由于倍福采用基于PC构架的系统，本身就具有性价比优势，近年来他还及时地推出了针对风电应用的高性价比的控制器和I/O产品；另外，倍福的产品基于模块化，能够将I/O的配置精确到1个通道，可按照客户的实际需求进行配置，不会增加空闲的I/O通道，更换备件时更加灵活方便，不会造成浪费。

另一方面，除了技术和产品被中国风电市场认可，倍福也一直在为中国的客户提供全面的技术服务。“倍福有较大的技术团队，除了及时地提供各种技术支持，我们还推出了维护工程师现场培训的服务，能够帮助我们的客户提升其维护工程师的专业化水平，这样可以明显地降低现场的故障率，减少故障排除时间。同时也可以为现场工程师提供上升的通道，增加了他们的稳定性。因此无论从维护工程师个人还是公司的角度来说都是一个双赢的过程。”王宁强向作者说到。

未来倍福的发展可能会在机组智能化、智慧风电场和能源互联网方面做些投入。就倍福来讲，他们最初的产品是做PC控制，其本身就是一个信息化的产物。从硬件平台上看，倍福的PC控制和IT是相同的；从通信上来说倍福采用的EtherCAT总线技术是基于IT中广泛应用的以太网技术；从软件上将微软的Visual Studio平台引入到倍福TwinCAT 3 软件。

目前，倍福在硬件、软件和通信三方面都和IT行业联系紧密，因此将来无论是信息化还是数字化，在智能化的平台上倍福会利用已有的优势，继续加大推广和研发力度，为风电企业提供全新的产品、技术和解决方案。