一(yī)、引言
目前，現場總線PROFIBUS-DP通信技術不但用于解決工業現場的(de)智能化儀器儀表、控制器和(hé)執行機構等現場設備間的(de)數字通信，而且已經成為(wèi)風力發電系統中最主要的(de)通信方式。由于風電系統設備通信的(de)可(kě)靠性直接關系到風力發電機組的(de)運行穩定性，因此，高(gāo)速、可(kě)靠、久經實際應用考驗的(de)PROFIBUS-DP成為(wèi)其首選。
由于實際工程項目中一(yī)套風力發電系統的(de)幾個主要組成部分的(de)控制單元往往來自(zì)不同廠家，因此存在以下幾個問題，①如(rú)何将具有不同通信協議接口的(de)控制單元互連，并保證通信的(de)實時性和(hé)可(kě)靠性？②如(rú)何使用光纖通信技術保證風力發電系統設備在強EMC幹擾條件下的(de)通信高(gāo)速可(kě)靠？
北京鼎實創新科技有限公司是一(yī)家以工業網絡通信技術及異構網互聯技術為(wèi)特長(cháng)的(de)高(gāo)科技企業，其總線橋産品PB-B-CANDK很好的(de)解決了風力控制系統中CANOPEN設備與PROFIBUS網絡之間的(de)互連通信問題；PROFIBUS光纖模塊PB-OLM産品很好地(dì)解決了風電設備現場中的(de)長(cháng)距離(lí)高(gāo)速、高(gāo)可(kě)靠性傳輸問題；二者在多個風電項目中具有很好應用業績。本文主要介紹總線橋産品PB-B-CANDK在風力發電系統中的(de)應用。

二、風電發電機的(de)系統組成
2.1 風力發電機系統概述
風力發電機組有風輪、傳動系統、偏航系統、液壓系統、制動系統、發電機、控制與安全系統（主控系統）、機艙、塔架和(hé)塔基等組成。北京鼎實的(de)PB-B-CANDK作用主要是實現塔基主控系統與機艙可(kě)再生能源控制系統的(de)通信。其中，塔基主控系統包含主速度控制器和(hé)變流、逆變器。主速度控制器采用的(de)是倍福公司的(de)可(kě)編程邏輯控制器（PLC）；可(kě)再生能源控制系統采用丹麥DEIF的(de)控制器AWC400。這是機艙控制櫃的(de)主要部分，其它還包含交、直流伺服驅動控制器等。
2.2 風力發電機系統結構
系統構成如(rú)圖1，其中略去(qù)了主控制器（倍福PLC）之外的(de)其它控制設備。
倍福PLC的(de)主要任務之一(yī)是通過對DEIF控制器AWC400的(de)監控來控制現場變槳、主動失速以及偏航控制等。倍福PLC作為(wèi)PROFIBUS DP主站，符合PROFIBUS-DP通信标準；
DEIF控制器AWC400支持标準的(de)工業現場總線CANopen通信，它作為(wèi)CANopen主站，與變頻器（槳葉調節采用變頻器驅動絲杆結構）和(hé)特殊發電機（采用VACON變流器和(hé)逆變器，實現發電機轉速跟随風速變化，實現額定風速一(yī)下的(de)最佳葉尖速比控制，實現最大化吸收風能，變流器和(hé)逆變器具有完善的(de)保護功能）通訊，從而保障風機在額定風速以上時整機載荷安全和(hé)發電功率穩定。
在該系統中，為(wèi)了實現倍福PLC和(hé)DEIF控制器AWC400之間的(de)數據雙向傳輸，采用了北京鼎實公司的(de)高(gāo)性能的(de)CANopen從站轉PROFIBUS-DP的(de)總線橋PB-B-CANDK：

三、北京鼎實PB-B-CANDK總線橋
PB-B-CANDK總線橋是北京鼎實PROFIBUS總線橋系列中的(de)産品，支持Profibus協議以及CANopen協議，主要功能為(wèi)實現CAN或者CANopen設備接入PROFIBUS總線網絡。滿足CAN/CANopen接口設備（如(rú)：風電交流器、伺服驅動器、編碼器、測厚儀、PLC等）接入PROFIBUS總線網絡（如(rú)：倍福PLC，西門子(zǐ)PLC，ABB的(de)800F系統等）通信要求。
在PROFIBUS網絡中，PB-B-CANDK總線橋作為(wèi)PROFIBUS從站；在CAN網絡中，本産品作為(wèi)CANopen從站存在。
用戶不必要了解PROFIBUS和(hé)CANopen協議的(de)技術細節，不需要配置CANopen從站設備的(de)EDS文件，隻需根據産品用戶手冊提供的(de)配置步驟完成配置，不需要複雜編程，即可(kě)在短(duǎn)時間內(nèi)實現連接通信。
用戶可(kě)以依照PROFIBUS通信數據區和(hé)CANopen通信數據區的(de)映射關系，來實現PROFIBUS到CANopen之間的(de)數據透明通信。PROFIBUS DP端的(de)輸出數據最終以TPDO的(de)形式出現在CANopen通信端，同時CANopen主控發送給PB-B-CANDK總線橋的(de)RPDO數據将映射為(wèi)PROFIBUS DP輸入數據傳送給DP主站。
針對于風電工程需要設備耐高(gāo)低(dī)溫的(de)特殊性，PB-B-CANDK總線橋可(kě)向用戶提供-33~+55℃的(de)工作溫度保證。
其中，PB-B-CANDK總線橋在風電控制系統中的(de)連接圖見圖2.

3.1 通信網絡組成
3.1.1Profibus協議簡介
PROFIBUS 是目前國際上通用的(de)現場總線标準之一(yī)，以其獨特的(de)技術特點、嚴格的(de)認證規範、開放的(de)标準、衆多廠商的(de)支持和(hé)不斷發展的(de)應用行規，已成為(wèi)最重要的(de)和(hé)應用最廣泛的(de)現場總線标準。PROFIBUS現場總線通訊協議包括兩個主要部分：
1. PROFIBUS DP：主站和(hé)從站之間采用輪循的(de)通訊方式，主要應用于自(zì)動化系統中單元級和(hé)現場級通信。
2. PROFIBUS PA：電源和(hé)通信數據通過總線并行傳輸，主要用于面向過程自(zì)動化系統中單元級和(hé)現場級通信。
其中，PROFIBUS-DP 是高(gāo)速網絡，通訊速率達到12M。PROFIBUS-DP 可(kě)以連接遠程I/O、執行機構、智能馬達控制器、人機界面HMI、閥門定位器、變頻器等智能設備。一(yī)個PROFIBUS-DP 總線網絡中可(kě)以最多連接125 個從站設備。PROFIBUS-DP 的(de)拓撲結構可(kě)以是總線型、星型和(hé)樹型，通訊介質可(kě)以是屏蔽雙絞線、光纖，也支持紅(hóng)外傳輸。采用雙絞線時，不加中繼器最遠通訊距離(lí)可(kě)達1.2 公裏。采用光纖時，最遠通訊距離(lí)可(kě)達100 公裏以上，其中采用多模光纖，兩點間最遠距離(lí)可(kě)達3 公裏，采用單模光纖時，兩點間最遠距離(lí)可(kě)達20公裏。
3.1.2 CANopen協議簡介
CANopen協議是CAN-in-Automation(CiA)定義的(de)标準之一(yī)，并且在發布後不久就獲得了廣泛的(de)承認。尤其是在歐洲，CANopen協議被認為(wèi)是在基于CAN的(de)工業系統中占領導地(dì)位的(de)标準。大多數重要的(de)設備類型，例如(rú)數字和(hé)模拟的(de)輸入輸出模塊、驅動設備、操作設備、控制器、可(kě)編程控制器或編碼器，都在稱為(wèi)"設備描述"的(de)協議中進行描述；"設備描述"定義了不同類型的(de)标準設備及其相應的(de)功能。依靠CANopen協議的(de)支持，可(kě)以對不同廠商的(de)設備通過總線進行配置。
在CANopen網絡中的(de)通信信息以對象來進行描述的(de)。CANopen通信模型定義了4種報文（通信對象）：網絡管理(lǐ)報文（NMT）、服務數據對象（SDO）、過程數據對象（PDO）和(hé)特殊功能對象。
SDO采用客戶機服務器模式，其中訪問者被稱作客戶（client），對象字典被訪問且提供所請求服務的(de)設備被稱為(wèi)服務器（server）。SDO客戶機能夠通過使用索引和(hé)子(zǐ)索引來訪問設備（服務器）對象字典中的(de)條目或項（對象）。客戶機的(de)請求報文和(hé)服務器的(de)應答報文總是包含8個字節（但不是所有的(de)數據字節都一(yī)定有意義）。每個客戶的(de)請求一(yī)定有來自(zì)服務器的(de)應答。SDO的(de)兩種傳送機制為(wèi)：加速傳送、分段傳送。
PDO對象用來傳輸實時數據，PDO對象采用生産者消費者模式。數據從一(yī)個生産者傳到一(yī)個或多個消費者。數據傳送限制在1到8個字節（例如(rú)，一(yī)個 PDO可(kě)以傳輸最多64個數字I/O值，或者4個16位的(de)AD值）。PDO通訊沒有額外的(de)協議規定。PDO由兩種類型的(de)使用：數據發送和(hé)數據接收。它們以 TPDO和(hé)RPDO區分。
PDO可(kě)以有多種傳輸方式，其中，同步傳輸是指為(wèi)了使設備同步，又一(yī)個同步應用程序周期性地(dì)發送一(yī)個同步對象（SYNC對象）。異步傳輸是由遠程幀觸發傳送或由設備子(zǐ)協議中規定的(de)對象特定事件觸發傳送。
3.2 PB-B-CANDK産品設計特點
 成熟可(kě)靠的(de)器件選型及結構設計，使得PB-B-CANDK總線橋能夠很好的(de)适應風電現場溫差變化大、高(gāo)海拔、鹽鹵腐蝕等工作環境。PB-B-CANDK總線橋工作環境溫度可(kě)達-33-+55℃，具有高(gāo)海拔實際使用工作報告。
 高(gāo)速、實時實現PROFIBUS-DP設備與CANOPEN設備之間的(de)數據交換；DP端支持12M波特率高(gāo)速通信，CANopen端報文連續發送時間隔可(kě)小于1ms，保證通信數據在PB-B-CANDK總線橋中的(de)延遲時間不超過10ms。
 利用CANOPEN的(de)“心跳”，PB-B-CANDK總線橋可(kě)主動向CANopen主控系統提供自(zì)身模塊在Canopen通信中的(de)當前狀态。
 PB-B-CANDK總線橋有着完善的(de)數據包校驗協議及數據包拼接協議，保證了通信中的(de)數據一(yī)緻性與完整性。
 PB-B-CANDK總線橋完美地(dì)實現了風電系統中PROFIBUS系統（或設備）與CANOPEN設備（或系統）的(de)互連。
3.3 産品技術指标
⑴ PROFIBUS-DP/V0協議，符合：GB/T 20540-2006：測量和(hé)控制數字數據通信工業控制系統用現場總線第3部分：PROFIBUS規範和(hé)IEC61158：2003TYPE10；
⑵ 标準PROFIBUS-DP驅動接口, 波特率自(zì)适應，最大波特率12M；
⑶ PROFIBUS 輸入/輸出數量按客戶定制要求設置為(wèi)固定值：96 Input Bytes + 32 Output Bytes；通用産品PROFIBUS輸入/輸出數量最大可(kě)達 Input Bytes + Output Bytes≤232 Bytes。
⑷ 标準CAN2.0A接口，符合CANopen CiA Draft Standard 301标準；
(5) CAN接口波特率： 250K，符合用戶要求；通用産品CAN接口波特率：5K~1M可(kě)選。
(6) CANopen通信數據：4個TPDO（NodeID為(wèi)0x181~0x184，共32個字節），12個RPDO（NodeID為(wèi)0x201~0x20C，共96個字節），這些PDO分别對應着DP端的(de)96個字節輸入數據，和(hé)32個字節的(de)輸出數據；
(7) 電源電壓：24 VDC(±20％)
(8) 額定電流：170 mA (24 VDC時)
(9) 環境溫度：
運輸和(hé)存儲：-40℃～+70℃
工作溫度：-33℃～+55℃
(10) 工作相對濕度：5~95%
(11) 外形尺寸：寬（82mm）×長(cháng)（113mm）× 厚（39mm）；
(12) 安裝方式：35mm導軌；
(13) 防護等級：IP20；
(14) 重量：約230g。
3.4 現場應用
現場應用，見圖3.

北京鼎實的(de)PB-B-CANDK位于風力發電機機艙中，主要作用為(wèi)通過CANOPEN通信，讀取DEIF風機控制器的(de)角度，溫度，轉速，電流電壓等信息，PB-B-CANDK總線橋将這些在CANOPEN網絡中獲得的(de)信息數據映射到DP端，并作為(wèi)DP輸入數據發送給主站（倍福PLC）；
DP主站（倍福PLC）接收PB-B-CANDK總線橋發送的(de)數據，并對各個參數進行實時的(de)控制，以确保電機的(de)穩定工作。DP主站的(de)控制以DP輸出數據的(de)形式發給PB-B-CANDK總線橋，并由總線橋轉換為(wèi)CANOPEN通信PDO發送給DEIF風機控制器。
四、結束語
CAN/CANOPEN設備與PROFIBUS主控制器之間的(de)系統集成，是工業控制系統中經常碰到的(de)難題。北京鼎實科技以協議轉換網關為(wèi)技術專長(cháng)，在工廠自(zì)動化控制系統中其産品得到廣泛應用。本文介紹的(de)是在風力發電系統中遇到的(de)CAN協議設備向PROFIBUS主控系統集成問題，在這種應用場合中，系統對鼎實網關的(de)實時性（及網關的(de)協議轉換延時）、低(dī)溫工作環境、高(gāo)海拔環境、鹽鹵腐蝕等問題提出了新的(de)要求。北京鼎實為(wèi)此推出專用于風電行業的(de)PROFIBUS/CANOPEN總線橋PB-B-CANDK，很好的(de)解決了風電行業對網關的(de)特殊要求。經上海某外企、重慶某國企、河北某國企等風電行業廠家在國內(nèi)很多風電場地(dì)實際應用，反映效果良好。