對于風力發(fā)電的控制系統(tǒng)設計而言，意味著巨大的風險，因為這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，而且，由于遠離城市，穩(wěn)定性可靠性的要求極其高，否則將會造成極大的維護成本，這是風力發(fā)電的特殊需求，如何確保所設計的控制器是有效可用的？因為在線的現(xiàn)場測試意味著巨大的投入，另一方面，客戶允許你將一個不成熟的控制器在現(xiàn)場反復的測試嗎？他們要采購的是一個直接投入使用的機組，而不是一個半成品，當你在開發(fā)新的機組控制的時候，以前的經(jīng)驗可以借助，可是，最好的方式是它在被運到現(xiàn)場之前，控制器已經(jīng)經(jīng)過了大量仿真分析，被驗證過可靠的，只需要現(xiàn)場的參數(shù)調試即可運行的，有時候你需要做的測試是無法搭建現(xiàn)實條件的，比如：風速超速，另一些測試甚至是需要進行風險極高的臨界和超限測試的，這些巨大的風險如何被規(guī)避？

 

      為了解決在控制器設計中的風險和成本的降低問題，在各個行業(yè)里廣泛使用了被驗證為切實有效的V形開發(fā)流程。它將系統(tǒng)定義、設計仿真、快速原型、在環(huán)測試進行了統(tǒng)一的規(guī)劃，按照這個流程，嚴格執(zhí)行的設計流程，控制器被以一種低成本和低風險的方式完成，在諸多領域，如：飛機發(fā)動機、汽車引擎及整車設計、FPGA的芯片應用設計、建筑防災設計等等，被廣泛證明是一項極其有效的控制器設計和仿真平臺。

      B&R的Automation Studio具有這樣構建系統(tǒng)控制器的能力，尤其適應于風力發(fā)電這樣Modeling Based的控制器設計領域應用。

      目前這個廣泛使用的先進設計理念在機械制造業(yè)的設計中尚未被真正采用，B&R前瞻性的預測到未來軟件正在成為系統(tǒng)設計的關鍵，而先進的設計理念將為客戶降低大量的測試成本和風險，這是一項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架構中用于代碼的自動生成。

      下面這個流程框架圖清晰的描繪了整個V形開發(fā)的過程，它基于服務客戶的整個需求，以客戶需求為中心設計整個系統(tǒng)，構成一個閉環(huán)的控制器設計系統(tǒng)。
 

      2.1系統(tǒng)定義：根據(jù)系統(tǒng)設計要求nc.qoos.ipi，完成機組整個控制的設計需求分析、設計規(guī)范，如功率控制算法軟件模塊、變槳伺服控制算法、機組邏輯、控制對象參數(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上來實現(xiàn)，因此Customer是這個V形的關鍵環(huán)節(jié)。

 

      2.2建模與仿真：根據(jù)控制系統(tǒng)定義，將整個系統(tǒng)在計算機軟件環(huán)境下實現(xiàn)，即對控制器的控制邏輯、控制對象環(huán)境進行建模仿真，以幫助設計者在先期就對系統(tǒng)指標、誤差等進行快速評估。仿真工具是集成在Automation Studio內部的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，并進行有效的仿真?！癕odeling Based”是一個理念，基于建模對于風力發(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)境中被集成進來，整個機組的模型可以分為獨立的單元和快速的合并單元構成整個系統(tǒng)，它能夠對每個獨立單元的仿真，也能將整個模型集成進行仿真。

 

      2.3快速原型：快速控制原型(Rapid Control Prototype簡稱快速原型)，因為軟件仿真不能完全體現(xiàn)實際的動態(tài)環(huán)境，需要開發(fā)一個控制器硬件原型用以在真實環(huán)境下驗證算法，即將控制器模型下載到一個實時硬件平臺，并通過I/O連接至真實環(huán)境中的傳感器、執(zhí)行器并進行測試，該過程即快速原型，也常稱為軟件在環(huán)。選用實時硬件平臺是為了仿真的時效性、確定性和穩(wěn)定性。B&R的X20 CPU系統(tǒng)即是一個真正意義的實時硬件平臺，它具有Automation Runtime這樣的定性實時操作系統(tǒng)，控制器的實際分布式X20I/O也可以被直接連接到這個控制器上，以及其它的現(xiàn)場設備，通信接口等均可以用于構成一個完整的控制系統(tǒng)所需的各種組件，例如，為了獲得溫度、振動、轉子轉速、風速、風向的傳感器接入到這個硬件平臺中來。

 

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

      2.4.1代碼自動生成：在Automation Studio中集成了Embedded Real-time Workshop Coder，它可以將SIMULINK設計的模型和仿真結果生成代碼，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)是一個閉環(huán)的測試系統(tǒng)，可重復地進行動態(tài)仿真;可在試驗室里仿真風速的變化、湍流對機組的影響，機組溫度升高、變槳等極限情況，無需真實的測試環(huán)境組件，并且可以反復進行，節(jié)約測試成本，通常它是被用于風險較高和成本較高的臨界條件測試和極限工況IIAnews.com，沒有實際風險;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)行器出錯情況系統(tǒng)的響應邏輯及過程。

 

      B&R Automation Studio集成的SIMULINK及Coder個工具構筑了一個風力發(fā)電整機控制器設計的解決方案平臺，它將基于Modeling Based、Automatic Coding以及Hardware In the Loop集成在一個V形設計流程里，構成閉環(huán)的設計系統(tǒng)，應對風力發(fā)電對于臨界及極限情況的無風險仿真，并且能夠反復進行，而無需投入真正的實際現(xiàn)場大量測試的風險，對于成本的節(jié)省是巨大的。

 

      不僅僅在風力發(fā)電，在機械制造的其它各個領域，這種面向未來的設計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的平臺利器將在未來發(fā)揮更加重要的作用。