基于MITA控制器的模块检测系统设计

文 | 姜寅，陈凯，朱长江，毛秋连

控制器是风电机组的核心硬件之一，风电机组的生产和运维离不开对控制器的质量把关。批量采购的控制器模块由于运输、存放等因素会导致个别通道出现异常，直接影响风电机组生产和风电场运营。另外，若能预先明确模块故障原因，可为商务报修和质量纠纷的解决提供技术依据。

目前，MITA公司的WP4x00控制系统是国内风电行业广泛应用的控制产品之一。然而，用于MITA控制器模块硬件的专业检测设备几乎全靠进口，成本较高，不宜推广。相较而言，工控自动化行业对传统PLC控制器的硬件通道检测方法更加经济、方便。例如，使用常规硬件连接PLC I/O通道的方法进行硬件查点；将输出通道反馈接入到输入通道，检查两者的状态是否正常；通过查看状态指示灯的状态判断控制器或硬件通道是否正常等。上述方法操作简单，在软件程序中易于实现。

基于上述MITA控制器模块的实际问题和需求，本文借鉴PLC硬件通道检测的思路，提出一种基于WP4x00控制系统的低成本、可靠实用的检测系统设计，以实现用户对MITA控制器模块硬件通道的自检与预检。

检测系统设计

WP4x00控制系统由背板通信模块、控制器、电网监测模块、CAN通信模块以及I/O模块和定制的应用程序组成。在应用中，通过不同的软硬件配置可实现对单个风电机组部件、单台风电机组、风电机组群或者风电场整场的控制。其控制系统的运行以事件为基础，复杂控制策略的运行速度可达毫秒级，可实现精确的数据采集和高效的程序执行。针对机组应用中的控制器模块基本功能以及易损模块和硬件通道，本文设计的检测系统涉及以下3种模块的检测内容：

（1）背板通信模块WP-Line 110：分组功能是否正常，是否可以实现组与组之间通信。

（2）控制器WP4100 Controller：引导是否正常，OS是否正常启动，APP是否正常加载。

（3） I/O模块WP-Line 351 COMBI-1：分组功能是否正常，各I/O通道是否能够正常输入输出。

一、检测系统组成

如图1所示，检测系统主要由HMI、WP4x00控制系统和检测硬件组成。

HMI为检测系统的操作界面。

WP4x00控制系统继承现有风电机组控制系统的模块配置，并精简为1和3两组：组1含110（节点1.1）和4100（节点1.2）模块；组3含110（节点3.1）和351（节点3.2）模块。

节点1.1的110模块为检测系统的固定模块，它与计算机通过IP地址连接通信，实现WP4x00系统与HMI的数据交互。同时，该模块还通过光纤和节点3.1的110模块连接通信，实现组1和组3的数据交互。

节点1.2的4100模块、节点3.1的110模块以及节点3.2的351模块为被测模块。其中，4100模块必须安装，以用于加载和运行检测应用程序并自检。由于WP4x00控制系统自带虚拟配置功能，在模块缺失的情况下仍能正常运行检测应用程序。因此，检测系统可以根据实际需要选择性地安装组3模块进行检测，既可以单独安装110模块于节点3.1测试，又可以在组3完全缺失的状态下单独检测节点1.2的4100模块。

检测硬件为连接351模块的物理硬件（如电位器和PT100等），用作351模块I/O通道的信号源或信号指示。

二、检测应用程序

为保证检测数据的准确性，并且保留数据显示的精度等级，检测应用程序继承现有风电机组主控程序的基本框架和I/O变量的初始标定换算方式。同时，在保留原程序HMI结构的基础上，定制检测应用程序的菜单。

由于需要将351模块上各通道的输入或输出指示状态调用到HMI上显示，因此，检测应用程序对原有程序中的通道变量进行重新调整分配（如图2）。其中，针对DI（数字量输入）、Frq（脉冲信号输入）、AI（模拟量输入）、PT100（铂电阻输入）以及TH_IN（热敏电阻输入）类型的输入通道，可以直接调用其对应的“I_变量”在HMI上显示输入通道的状态。针对DO（数字量输出）和AO（模拟量输出）输出通道，需要选取原程序的相关变量来控制硬件通道输出电信号。对于备用的硬件输出通道，可以直接选取与之对应的“O_变量”赋值来控制输出通道输出。对于已经用于风电机组控制的输出通道，需要通过赋值相应的“CO_变量”，进而再传递给“O_变量”。检测应用程序的运行状态处于原程序特殊事件激活的状态下，在该状态下赋值“O_变量”或“CO_变量”控制输出通道电信号，同时，控制对应的硬件输出通道呈逻辑高电平或者模拟量输出。通过修改外围电路，将DO通道的输出信号反馈回DI或Frq输入通道，将AO通道的输出信号反馈回AI输入通道，从而节省外部信号源硬件，上述输入、输出通道的信号集中显示于HMI上。此外，AO通道还能根据对应的HMI参数项输出指定的电压/电流信号，以示其量程范围内的线性特性。

三、模块检测判断方法

待测模块经过正确安装并供电后，需先进行模块分组配置和检测应用程序下载，同时检测110和351模块的分组功能以及4100控制器的程序加载功能。

为节点3.1的110模块和节点3.2的351模块供电，并分别设置组号和节点号。当4100控制器OS启动后，分别观察两种模块上各自数码管的显示。在正常启动且组1和组3通信正常的情况下，110模块循环显示“A5”、组号和 “01”，351模块循环显示“A5”和节点号。

将节点1.2的4100控制器上电后，先下载检测应用程序。重启控制器后观察控制器模块上的数码管显示。根据其依次显示“bL”“oS”，并最终循环显示“AP”和“90”，判断控制器是否正常启动，以及检测应用程序是否完成加载。

表1 WP-Line 351 模块通道检测HMI判断方法

在完成上述软硬件配置及检测后，可执行351模块的硬件通道检测。观察模块上各I/O指示灯的状态，并查验HMI中各输入、输出通道的信号状态或数值。同时使用表1的方法，综合判断各硬件通道正常与否。对于检测异常的模块，需复检异常通道以确定问题，并做表单记录，后续汇总处理；对于功能正常的模块，需标记为合格品，并按规定储存和使用。

检测系统应用实例

应用本检测系统对4100、110以及351模块进行检测，完成检测系统软硬件配置后，加载运行检测应用程序。系统成功启动后3个模块数码管分别显示如下：

（1）110模块数码管循环显示“A5”“03”和“01”（如图 3）。

（2）351模块数码管循环显示“A5”和“02”（如图4）。

（3）当4100模块处于引导、操作系统启动以及加载检测应用程序的不同阶段时，模块数码管依次显示“bL”“oS”，并最终循环显示“AP”和“90”，表明程序完成加载（如图5）。

对351模块的I/O硬件通道进行检测。在HMI上，对硬件通道的反馈信号进行查验。例如，检测该351模块的电流输入通道AI3.2.61～3.2.64和电流输出通道AO3.2.53～3.2.55，按照表1中“模拟量输出”的判断方法，如图6所示，在HMI“analog for 3.2.53～3.2.55”的输入框中输入模拟值800，控制通道AO3.2.53～3.2.55输出0.8mA的电流值，查看HMI上对应通道的示数都为0.8mA，由此表明AO3.2.53～3.2.55正常。继续查看HMI，AI3.2.61～3.2.64的示数分别为0.789mA、0.794mA、0.392mA和0.402mA。参考表1中“模拟量输入（电流）”的判断方法，表明模块AI3.2.61～3.2.64正常。

应用实例表明，上述系统优点为：（1）成本低，仅由常规风电控制器模块和硬件组成，无需额外器件。（2）程序运行可靠，HMI信号显示集中，操作方便。

总结

借鉴PLC硬件通道的检测方法，本文提出的基于MITA控制器的模块检测系统，可满足用户对MITA控制器模块自主检测的基本需求，为风电生产质检人员和运维人员提供一种检测控制器模块硬件通道的实用方法。