2016年11月3日，在“2016中國(guó)風(fēng)電電氣裝備技術(shù)高峰論壇”上，德國(guó)倍福自動(dòng)化有限公司風(fēng)電技術(shù)部經(jīng)理王寧強(qiáng)作了《高性能、開(kāi)放式的智能風(fēng)電控制平臺(tái)》的主旨演講，主要介紹了在智能風(fēng)機(jī)方面對(duì)控制平臺(tái)的具體要求，并講解了倍福風(fēng)電控制平臺(tái)的主要內(nèi)容。
以下是演講的主要內(nèi)容(現(xiàn)場(chǎng)筆錄）
我這里要講智能風(fēng)電控制平臺(tái)主要包含幾個(gè)方面：一是風(fēng)電軟件的控制框架；二是風(fēng)電中的大數(shù)據(jù)處理；三是風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部的包括風(fēng)電場(chǎng)級(jí)的通訊；四是風(fēng)電機(jī)組工程設(shè)計(jì)的一些軟件。
首先大家談到智能風(fēng)機(jī)，首先智能是一個(gè)什么概念？到目前為止智能制造還沒(méi)有一個(gè)明確的或者統(tǒng)一的一個(gè)概念，只是有一些通用性的描述，它是指?jìng)€(gè)體對(duì)客觀事務(wù)進(jìn)行合理分析、判斷及有目的地行動(dòng)和有效地處理周圍環(huán)境的綜合能力，這包括自動(dòng)獲取和應(yīng)用知識(shí)的能力、思維推理能力、問(wèn)題求解能力等等。我們目前有一個(gè)研究領(lǐng)域就是人工智能，它實(shí)際上是一個(gè)計(jì)算機(jī)和控制綜合的這么一個(gè)領(lǐng)域，它的研究方向主要包括機(jī)器人、語(yǔ)言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言處理等等，這個(gè)地方的智能和我們的智能風(fēng)機(jī)有什么關(guān)系？咱們風(fēng)機(jī)是一個(gè)更廣的范圍。
目前從智能風(fēng)機(jī)的范圍有一個(gè)需求，一是智能風(fēng)機(jī)的算法，包括風(fēng)機(jī)自我學(xué)習(xí)、自我優(yōu)化，另外就是智能感知，這個(gè)感知包括一些傳動(dòng)鏈振動(dòng)監(jiān)測(cè)、葉片監(jiān)測(cè)、激光測(cè)量。目前風(fēng)機(jī)控制從單機(jī)控制發(fā)展到整個(gè)機(jī)場(chǎng)協(xié)同控制，包括尾流控制，功率調(diào)節(jié)等等。還有大部件健康管理，基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)。還有網(wǎng)絡(luò)通訊、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析，還有風(fēng)機(jī)除了本身的運(yùn)行控制之外，還要有一些擴(kuò)展性的功能，另外就是滿足風(fēng)機(jī)的個(gè)性化，個(gè)性化實(shí)際上就是基于它的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，另外還有數(shù)字化風(fēng)機(jī)、數(shù)字化風(fēng)場(chǎng)等等。這些都是智能風(fēng)機(jī)的需求。這個(gè)智能風(fēng)機(jī)的需求對(duì)于控制平臺(tái)有什么要求？我大概把這些需求分析了一下，分為兩個(gè)部分，一方面是要求控制平臺(tái)具有高性能。比如說(shuō)智能控制算法，這個(gè)地方要做一些智能的感知，或者是預(yù)測(cè)，或者是智能的算法，它的程序的運(yùn)行速度，處理能力是有一個(gè)很高的要求。
第二個(gè)就是狀態(tài)監(jiān)測(cè)，狀態(tài)監(jiān)測(cè)這一塊需要你有很高的采樣頻率，對(duì)于上來(lái)的這些數(shù)據(jù)也要有一個(gè)很快的響應(yīng)和處理的能力。另外就是我們很多地方談到大數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)就是首先要經(jīng)過(guò)一個(gè)采集、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析的過(guò)程，這些也是需要整個(gè)控制平臺(tái)具備兼容大數(shù)據(jù)的能力，就是從高性能方面。
開(kāi)放性方面比如說(shuō)個(gè)性化，風(fēng)機(jī)不是說(shuō)所有的風(fēng)機(jī)都是一模一樣的，它需要在標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行個(gè)性化的定制，擴(kuò)展性的就是說(shuō)你的除了風(fēng)機(jī)之外，風(fēng)機(jī)本身功能之外還要做一些檢測(cè)，或者載荷監(jiān)測(cè)，這些功能也可以擴(kuò)展到風(fēng)機(jī)里面來(lái)。另外就是網(wǎng)絡(luò)，這是從維護(hù)的角度，要便于瀏覽包括短信郵件提醒，從風(fēng)場(chǎng)協(xié)同控制，包括尾流控制，甚至是LVRT。
基于這兩個(gè)方面，我可能介紹一下倍福在本身控制平臺(tái)的特點(diǎn)，倍福主推的是PC控制技術(shù)，從發(fā)展之初就一直是和信息領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展相結(jié)合的，從最開(kāi)始的自動(dòng)化領(lǐng)域我們都是一些專用的控制器，信息領(lǐng)域里面我們使用的是計(jì)算機(jī)，這兩個(gè)寫(xiě)相結(jié)合就產(chǎn)生了PC控制技術(shù)。原來(lái)都是一些標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)，結(jié)合操作系統(tǒng)我們有一個(gè)運(yùn)行在溫度層面的實(shí)時(shí)盒，從通訊角度來(lái)講從原來(lái)的技術(shù)有了工業(yè)英特爾網(wǎng)，基于局域互聯(lián)的獨(dú)立控制技術(shù)走到了物聯(lián)網(wǎng)、云、大數(shù)據(jù)，到了基于工業(yè)4.0控制架構(gòu)。對(duì)于風(fēng)電控制來(lái)說(shuō)，我們的平臺(tái)也是基于剛才講的技術(shù)，基于它的PC控制的控制器，英特爾網(wǎng)通訊，包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)，還有包括安全等等技術(shù)。
剛才說(shuō)的是硬件系統(tǒng)框架，實(shí)際上在硬件系統(tǒng)框架背后我們還有一個(gè)軟件框架來(lái)支撐這個(gè)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)包括兩個(gè)方面，一個(gè)就是說(shuō)程序的運(yùn)行，運(yùn)行部分都是一個(gè)模塊化的方式，包括風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)，它都是模塊化的東西，對(duì)于用戶的好處就是說(shuō)它可以很方便的去來(lái)自定義自己的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，比如說(shuō)電價(jià)系統(tǒng)有多個(gè)廠家或者有不同的技術(shù)，我們可以自由的來(lái)進(jìn)行拼接，然后進(jìn)行切換。另外在開(kāi)發(fā)環(huán)境下，我們會(huì)已經(jīng)做好了軟件模塊，包括像狀態(tài)、參數(shù)、命令等等功能已經(jīng)做好了，它之間也都是標(biāo)準(zhǔn)的模塊化，可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行自由的搭配，并不是說(shuō)所有的模塊都要實(shí)現(xiàn)。在最上層就是和云端或者大數(shù)據(jù)的連接，這個(gè)接口我們都已經(jīng)集成在這個(gè)框架里面了。
從高性能這一個(gè)角度，我們可能就要牽涉到下面幾個(gè)方面，一是CPU，二是大數(shù)據(jù)處理能力，三是高速實(shí)時(shí)通訊。我們新出的CH-2000系列，是在Corei7雙鶴處理器，內(nèi)存2GB，還有Cfate卡，當(dāng)然技術(shù)發(fā)展非常快，不限于這一款產(chǎn)品，在未來(lái)的發(fā)展中，大家可以看這個(gè)關(guān)系圖，納米數(shù)是越來(lái)越低，CPU核數(shù)越來(lái)越多，在2020年128核的技術(shù)都會(huì)出現(xiàn)，這一個(gè)會(huì)很快的應(yīng)用到我們的工業(yè)控制里面來(lái)。
這些數(shù)據(jù)有了存儲(chǔ)的介質(zhì)之后還有一些軟件技術(shù)的支撐，來(lái)讓它做一些大量的存儲(chǔ)，在我們TcWind框架里面有一個(gè)模塊，把所有的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的采集到模塊里面來(lái)，然后通過(guò)這個(gè)模塊以非實(shí)時(shí)的方式和我們傳遞非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通訊，這樣我們可以對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)做到20毫秒的連續(xù)采集量，對(duì)于狀態(tài)監(jiān)測(cè)可以做到200微秒的采樣，這些所說(shuō)的采樣都是連續(xù)性的實(shí)時(shí)的最終存儲(chǔ)到我們的數(shù)據(jù)庫(kù)里面來(lái)，但是對(duì)于更高速的采樣要求，就可以借助本地強(qiáng)大的CPU能力和本地的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，在本地進(jìn)行處理，這個(gè)速度就可以更快，可以做到50個(gè)微秒。對(duì)于本地的存儲(chǔ)，除了剛才講的4G-32G的卡之外，我們還有SATA 6G硬盤(pán)選項(xiàng)，可以擴(kuò)展空間。
本機(jī)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和風(fēng)場(chǎng)級(jí)的數(shù)據(jù)庫(kù)之間可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)庫(kù)這種合并的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，而不需要過(guò)去我們文件的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移進(jìn)行數(shù)據(jù)的合并，相當(dāng)于風(fēng)機(jī)本地的運(yùn)行數(shù)據(jù)直接就可以集成到風(fēng)場(chǎng)的數(shù)據(jù)庫(kù)里面，風(fēng)場(chǎng)的數(shù)據(jù)庫(kù)又可以很方便的集成到企業(yè)或者是廠家的中央數(shù)據(jù)庫(kù)里面，它們之間都直接走數(shù)據(jù)庫(kù)的這種溝通方式。另外對(duì)于大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)完之后可能需要一個(gè)分析的環(huán)節(jié)，我們也有一個(gè)新的產(chǎn)品叫TwinCAT Analytics，這是是基于云平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線分析，包括模式識(shí)別、設(shè)備優(yōu)化等等。它的框架是這樣子，左邊的這個(gè)相當(dāng)于我們的一個(gè)設(shè)備，在這個(gè)設(shè)備上面可以通過(guò)有的組件Logger這個(gè)功能會(huì)實(shí)時(shí)把周期這個(gè)數(shù)據(jù)上傳到本地云或者功能云端。這是一個(gè)分析平臺(tái)，我可以實(shí)時(shí)的從云端把數(shù)據(jù)取下來(lái)，在本地做分析包括做數(shù)據(jù)的顯示。另外我們?cè)谠贫诉€有一個(gè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)模塊，但是這個(gè)存儲(chǔ)模塊它的接口是開(kāi)放的，可以很方便的把第三方的數(shù)據(jù)接進(jìn)來(lái)。
另外在I/O級(jí)別，我們要獲取數(shù)據(jù)最直接的方式是通過(guò)底層的I/O這一塊，有一個(gè)XFC技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)而最快不到10微秒的數(shù)據(jù)采樣。基于這個(gè)數(shù)據(jù)我們有一些產(chǎn)品，比如智能監(jiān)測(cè)，可以做到50k赫茲的采樣頻率，包括我們的3773還有3783，3783它的采樣時(shí)間是50微秒。另外在風(fēng)場(chǎng)通訊環(huán)節(jié)我們也需要一個(gè)高性能的網(wǎng)絡(luò)，倍福可以讓整個(gè)風(fēng)場(chǎng)的控制響應(yīng)時(shí)間在1個(gè)毫秒之內(nèi)，而且這個(gè)網(wǎng)絡(luò)同事可以傳輸快速的實(shí)時(shí)命令，也可以傳輸非實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。
剛才講的是高性能這一塊，對(duì)于開(kāi)放性這一塊我覺(jué)得也是非常重要，開(kāi)放性的它主要就是幾個(gè)方面，一是模塊化，二是個(gè)性化，三是可擴(kuò)充，四是互操作。這四個(gè)方面基本上涵蓋了開(kāi)放性的幾個(gè)方向。結(jié)合具體來(lái)講一個(gè)是軟件的模型，硬件的接口，自動(dòng)化編程、標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議，loT的連接。
這個(gè)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境就是TwinCAT3，它本身可以把這些常用的工具集成到TwinCAT3里面來(lái)，整個(gè)它的軟件模型思路首先是模塊化，模塊化包括兩個(gè)方面，一個(gè)就是運(yùn)行時(shí)的忙快化，就是所有的模塊都是在后臺(tái)獨(dú)立一個(gè)模塊運(yùn)行的，另外我們參考了在IT行業(yè)用的比較廣泛的COM技術(shù)，我們對(duì)它進(jìn)行了一些適合于實(shí)時(shí)運(yùn)行的一些改進(jìn)，把它叫做TcCOM，它實(shí)際上背后的原理和一些概念是和COM是一樣的，只是我們對(duì)它做了一些新的定義。
我們?cè)谶@個(gè)TcCOM Module里面所有的模型都要遵循這樣的標(biāo)準(zhǔn)，紅色這一部分就是說(shuō)每個(gè)模塊必須實(shí)現(xiàn)的，藍(lán)色的部分就是根據(jù)模塊功能的復(fù)雜程度是可選去實(shí)現(xiàn)的，必須實(shí)現(xiàn)的這部分就可以保證模塊和模塊之間最基本的通訊。它就可以采用這種方式就是說(shuō)首先可以很方便的來(lái)搭建個(gè)性化的系統(tǒng)，減少工程師的工作量。
這是其中的一個(gè)子系統(tǒng)，這里面包括幾個(gè)部分從輸入到輸出，第一步就是實(shí)際的硬件輸入，中間InputUpdate實(shí)際上是對(duì)信號(hào)做一個(gè)預(yù)處理，就是說(shuō)工程量的變化包括現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)置，通過(guò)Inbox這一塊我們把實(shí)際的輸入量和仿真量進(jìn)行一個(gè)切換，切換完就是這里面就是實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，輸出也是一樣的，輸出值會(huì)在這里做一個(gè)切換，你這個(gè)輸出值是輸出到仿真平臺(tái)還是輸出到實(shí)際外圍環(huán)境，在OutputUpdate進(jìn)行切換。我們所有的子系統(tǒng)都是采用相同的架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
這是軟件的模型，另外我講一下硬件的開(kāi)放性，我們的解決方案里面基本上所有的通訊都是基于EtherCAT，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)也是中國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，目前ETG會(huì)員已超過(guò)3000家，他所提供的產(chǎn)品也是各式各樣的，涵概面非常廣，除了I/O，還有傳感器，這些傳感器本身都是已經(jīng)具備了EtherCAT的接口，不像我們?cè)瓉?lái)都是要連信號(hào)才能進(jìn)去，這些傳感器進(jìn)來(lái)的直接都是信號(hào)，它一個(gè)是抗老化程度比較好，另外是一個(gè)數(shù)字化的信息。另外EtherCAT由于它本身的快速性和開(kāi)放性，它可以集成很多種通訊總線，比如說(shuō)我們常用的，它都可以在I/O層面上很方便的擴(kuò)展，不管是什么樣的系統(tǒng)都可以把它集成到你的控制系統(tǒng)里面來(lái)。
從擴(kuò)展功能上來(lái)講，這地方比較典型的，比如我們手機(jī)，手機(jī)原來(lái)只能打電話，現(xiàn)在隨著手機(jī)的處理器越來(lái)越強(qiáng)大，內(nèi)制傳感器越來(lái)越豐富，現(xiàn)在可以代替很多種外圍的設(shè)備，包括Mp3、導(dǎo)航儀、計(jì)算器，風(fēng)機(jī)這塊實(shí)際上也有擴(kuò)展的能力，就是我們有3413這個(gè)模塊，只要把這個(gè)模塊插到風(fēng)機(jī)里面，實(shí)際上它就可以代替電能表，可以直接獲取到現(xiàn)場(chǎng)的有工、無(wú)工、濕載（音）等等。
剛才提到這個(gè)模塊，它是可以直接做一些電網(wǎng)的監(jiān)測(cè)和保護(hù)，它本身可以做到50微秒的采樣時(shí)間，層壓范圍也非常廣，這些采集的是原始數(shù)據(jù)，進(jìn)入到控制器里面可以根據(jù)自己的需要計(jì)算它的有效值，它就可以帶動(dòng)電腦監(jiān)測(cè)。
另外從狀態(tài)監(jiān)測(cè)這里面也提到了3632模塊，通過(guò)我們的CMS的軟件庫(kù)，就可以完成原始數(shù)據(jù)的處理，相當(dāng)于就可以把CMS的功能集成到風(fēng)機(jī)主控平臺(tái)里面去。
除了剛才講的CMS的智能監(jiān)測(cè)以外，現(xiàn)在也開(kāi)始關(guān)注塔架、葉片的檢測(cè)，我們也有一些合作伙伴，他們是專業(yè)做監(jiān)測(cè)方面的公司，他們把他們的專業(yè)知識(shí)做成了能夠在倍福的平臺(tái)上做一個(gè)模塊化的程序，也就是TcCOM的組件，只要把這個(gè)組件加入到這個(gè)主控平臺(tái)里面來(lái)，相當(dāng)于這個(gè)系統(tǒng)就可以直接放到風(fēng)機(jī)主控里面來(lái)了。另外包括塔架也是一樣的，只要把它做成TcCOM組件加入到這個(gè)組件里面來(lái)，就可以進(jìn)行塔架的檢測(cè)。
另外提到自動(dòng)化接口，這一塊實(shí)際上是一個(gè)對(duì)于提高我們編程的自動(dòng)化，或者是智能化水平來(lái)說(shuō)是一個(gè)很有幫助的工具，通過(guò)這個(gè)接口可以把過(guò)去大量由工程師手動(dòng)來(lái)完成的一些編程或者是配置，都可以由一個(gè)軟件自動(dòng)化來(lái)去完成，包括你的風(fēng)機(jī)的變量連接，包括一些標(biāo)準(zhǔn)程序的功能塊復(fù)制，都可以來(lái)實(shí)現(xiàn)。
最后一個(gè)就是loT這一塊，剛才講到了基于云的大數(shù)據(jù)處理，事實(shí)上現(xiàn)在我們有一個(gè)loT的產(chǎn)品家族，這個(gè)家族里面軟硬件都包括，我們的軟件支持的就是MQTT、AMQP、OPCUA，這些協(xié)議，通過(guò)這些協(xié)議很方便的把控制器連接到云端。當(dāng)然對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)比較特殊，可能不希望風(fēng)機(jī)直接連接到外網(wǎng)上面，可以支持使用內(nèi)部用云，或者內(nèi)部信息轉(zhuǎn)發(fā)器，使用這個(gè)功能可以在一個(gè)風(fēng)場(chǎng)內(nèi)部進(jìn)行類似于云端的數(shù)據(jù)的共享和防范，但是這種方式它會(huì)有很多好處，這地方就不展開(kāi)了，包括安全性、便利性、效率等等。
除了剛才講的軟件方案之外，我們也會(huì)有一些硬件的方案，也就是說(shuō)我們有一款硬件產(chǎn)品EK9160，它本身內(nèi)部是集成了loT的協(xié)議，也就是說(shuō)像我們?cè)瓉?lái)傳統(tǒng)的耦合器方式，把數(shù)據(jù)傳到總線上，現(xiàn)在可以通過(guò)這個(gè)耦合器把數(shù)據(jù)直接放到云端。比如說(shuō)耦合器后面掛一些測(cè)量溫度等等采集這些信息，通過(guò)這個(gè)耦合器的接口把信息商船到云端，這個(gè)不需要用戶的編程，只需要用戶的配置就可以完成了。也就是說(shuō)我們可以把其他底層的設(shè)備通過(guò)云耦合器直接映射到云端。這是倍福的整個(gè)對(duì)于工業(yè)4.0產(chǎn)品的一個(gè)架構(gòu)。這是軟件層面的，然后再到上層通過(guò)ADS，或者云端的方式再傳到云端數(shù)據(jù)庫(kù)，這是我們的一個(gè)對(duì)于4.0這一塊的一個(gè)產(chǎn)品架構(gòu)。時(shí)間有限我就介紹到這里，謝謝大家！
