Szimulátor szélturbina vezérlés tesztelésére
A Lillgrund tengeri szélerőmű telep Malmö és Koppenhága között, az Öresund szorosban.
Szerző
Samir Bico - Siemens Wind Power A/S
Iparág
Ipari irányítástechnika/eszközök/rendszerek, energia/villamosenergia
Termékek
cRIO-9151, LabVIEW, PXI-7813R, PXI-6515, PXI-6704, FPGA Module, Simulation Interface Toolkit, Real-Time Module, PXI-1042Q, NI TestStand, PXI-7833R, NI 9264, PXI-8106, NI 9205, NI 9425, PXI-6514, NI 9476, NI 9265, PCI-6733, Control Design and Simulation Module.
A feladat
A Siemens szélturbinákhoz készülő vezérlőszoftverek újabb és újabb változatai automatizált tesztelésének megvalósítása, valamint annak lehetővé tétele, hogy a szélturbinák vezérlőrendszerének komponenseit már a fejlesztési fázisban is lehessen tesztelni és verifikálni.
A megoldás
A Siemens szélturbinák vezérlő rendszereiben használt, beágyazott vezérlőszoftverek HiL, „hardver-a-hurokban" (HIL: hardver-in-the-loop) tesztelésére alkalmas valósidejű tesztrendszer kialakítása NI PXI platformon, NI TestStand, LabVIEW Real-Time és LabVIEW FPGA modulok felhasználásával.
„A moduláris architektúrának köszönhető skálázhatóság lehetővé teszi számunkra a rendszer szolgáltatásainak hozzáigazítását a gyorsan fejlődő szélenergiaipar növekvő követelményeihez."
A vezérlőrendszer szoftverének tesztelése
A szél kinetikus energiáját villamos energiává alakító szélturbina-rendszer számos alkotóelemből épül fel, mint például rotor, áttétel és transzformátor.
1. ábra Szélturbinák építőelemei
A vezérlőrendszer - több száz I/O jel és több kommunikációs protokoll segítségével - ezeket az építőelemeket kapcsolja össze. A vezérlőrendszer legösszetettebb része az a beágyazott vezérlő szoftver, amely a zárthurkú szabályozásokat végzi.
Mivel a szoftverfejlesztők rendszeresen adnak ki újabb változatokat, minden esetben ellenőriznünk kell, hogy az új változat megbízhatóan fog-e működni a szélerőmű terepi körülményei között is. Minden egyes szoftver-változattal egy gyártóműi elfogadási tesztsorozatot hajtunk végre mielőtt üzemi használatba kerülnek. A teszt- rendszer lehetőséget teremt ennek a folyamatnak az automatizálására.
A korábbi rendszerrel szerzett tapasztalatok
Korábbi tesztrendszerünket 10 évvel ezelőtt fejlesztettük, teljesen más szoftver környezetben és PCI kivitelű adatgyűjtő kártyákkal. Az a tesztrendszer architektúra már nem felel meg új - különösen a skálázhatóságra és a tesztidőre vonatkozó - követelményeinknek. Nehézzé vált a karbantartása, és automatizálhatósága már nem megfelelő a hatékony teszteléshez. A teszt-eredmények automatikus dokumentálhatósága és a nyomon követhetőség is hiányzik, valamint nem távműködtethető. Mindezen túl, a régi HiL tesztkörnyezet nem támogatja a többprocesszoros feldolgozást, ami megakadályozza, hogy kihasználjuk a legújabb többmagos processzorok nyújtotta számítási teljesítményből fakadó előnyöket.
Döntés az új rendszerről
Az elérhető technológiák értékelése nyomán a LabVIEW szoftvert és a PXI alapú, valósidejű és FPGA hardver építőelemeket választottuk új tesztrendszerük fejlesztéséhez. Biztosak vagyunk benne, hogy ez a technológia elegendő rugalmasságot és bővíthetőséget biztosít számunkra, hogy a jövőben várható technikai követelményeinket is ki tudjuk elégíteni. A NI termékek kiváló minősége és a szolgáltatások magas színvonala tovább erősítette bizalmunkat.
Mivel házon belül nem rendelkeztünk megfelelő tesztrendszer-fejlesztői tapasztalattal, fejlesztési szerződést kötöttünk a dániai CIM Industrial Systems A/S céggel. Azért választottuk a CIM Industrial Systems A/S céget, mert megfelelő tesztrendszer-tervezési tapasztalatuk volt, és ők építették a legtöbb tanúsított LabVIEW rendszert Európában. A CIM sikerre vitte ezt a projektet, így maximálisan elégedettek vagyunk a szolgáltatásaikkal.
Egy rugalmas, valósidejű tesztrendszer architektúra
A LabVIEW Real-Time környezetben működő új tesztrendszer a szélturbina komponensei szimulációs modelljének futtatásával szimulálja a valódi szélturbina építőelemek viselkedését, így állítjuk elő a tesztelés alatt álló vezérlőrendszer számára a szimulált jeleket.
2. ábra A Siemens szélerőmű tesztrendszerének architektúrája
A host számítógépen egy intuitív LabVIEW GUI testesíti meg a barátságos felhasználói felületet. A panelben a felhasználók könnyen hozzáférnek az építőelemekhez, a rendszer használata egyszerű és gyorsan megtanulható. A Windows operációs rendszerben futó alkalmazás két további - a valósidejű működéssel egyébként nem kompatibilis - eszközzel is kommunikál.
3. ábra A host számítógép intuitív felhasználói felülete
A host számítógép szoftvere a PXI-1042Q keretbe telepített LabVIEW Real-Time célhardverrel Ethernet-en keresztül kommunikál. A LabVIEW Real-Time környezetben fut a szimulációs szoftver, ami tipikusan 20 - 25 párhuzamosan végrehajtódó szimulációs DLL-ből áll. Ezzel a megoldással szinte bármilyen - például NI LabVIEW Control Design and Simulation Module , The MathWorks, Inc.Simulink® szoftvere, vagy ANSI C - modellező környezetben felépített felhasználói modell futtatható. Egy szimulációs hurok tipikus végrehajtási ideje 24 ms, ami bőséges számítási kapacitás tartalékot jelent a jövőbeli bővítési igények szempontjából is.
Felhasználói szélturbina protokollok és érzékelő szimuláció FPGA modulokkal
Szabványosítás hiányában szélturbinák építőelemeit többféle egyedi kommunikációs protokollal készítik. Ezeknek a protokolloknak a szimulálására és az interfész felület megvalósítására a NI PXI-7833R FPGA alapú RIO modult használjuk a LabVIEW FPGA Modullal . A protokoll szimuláción túl ilyen eszközt használunk mágneses érzékelők szimulációjára is, hogy a háromfázisú feszültség és áram szimulációnk is pontos legyen. A második FPGA modul egy NI 9151 R sorozatú bővítő keretben kapott helyet, így biztosítjuk a rendszer csatornaszámának további bővíthetőségét.
Az új tesztrendszer előnyei
A Siemens Wind Power új tesztrendszerének az előző generációs megoldáshoz képest több előnye is van. A moduláris felépítésének köszönhetően könnyű bővíteni, adaptálni és továbbfejleszteni. A tesztelésre kerülő rendszer könnyen, a tesztrendszer architektúrájának változtatása nélkül cserélhető. A rendszer távműködtethető és reprodukálható. Ezek a tulajdonságok lehetővé teszik számunkra, hogy tevékenységünk bővülését követve újabb helyekre telepítsük a tesztrendszert.
A szimulátorral saját laboratóriumunkban, hatékonyan tudjuk verifikálni az új szoftver változatokat, és speciális szituációk tesztelését is el tudjuk végezni. Új eszközünk formálódó új technológiák és koncepciók tesztelésére is alkalmas.
További terveink
A moduláris architektúrának köszönhető skálázhatóság lehetővé teszi számunkra a rendszer szolgáltatásainak hozzáigazítását a gyorsan fejlődő szélenergiaipar növekvő követelményeihez. Már látjuk, hogy a közeljövő tesztelési igényeinek kielégítésére szükséges lesz a szimulációs szoftvert szétosztani több LabVIEW Real-Time hardverre. Azt is tervezzük, hogy NI TestStand -et fogunk használni további automatizált tesztek végrehajtására.
Simulink® a MathWorks, Inc. bejegyzett márkaneve.
További információért forduljon fejlesztőnkhöz:
Morten Pedersen
CIM Industrial Systems A/S
E:mail: mpe@cim.as
Tel.: +45 23 71 85 02
A szerző elérhetősége:
Samir Bico
Siemens Wind Power A/S
Borupvej 16
Brande 7330
Tel: +45 9942 2679
sbi@siemens.com
National Instruments Hungary Kereskedelmi Kft.
2040 Budaörs, Puskás Tivadar u. 14. 1. emelet
Tel.: (+36 23) 448 900
Fax: (+36 23) 501 589
E-mail: ni.hungary@ni.com
www.ni.com/hungary
Ingyenesen hívható telefonszám: 06 80 204 704
