摘要：目前风力发电机组控制系统普遍使用可编程逻辑控制器（PLC），在风力发电机组运行过程中发生的各种故障，均需通过PLC系统的告警信息进行判断和检测。Bachmann PLC在风力发电机组中的应用较为广泛，本文简要介绍SolutionCenter这一软件在风力发电机组故障诊断应用中的一些经验和总结。
关键词：PLC SolutionCenter 故障诊断
经过多年发展，我国风电业已经形成了一条完整的产业链，风电场运维工作已成为风电行业最重要的环节之一，我国的风电行业起步晚，近年来发展迅速，但局限于各风力发电机组生产厂家、风力发电机组机型的多样性等因素，检修维护人员所面对的大部分只有单一厂家生产的机型，而检修人员的技术水平与风力发电机组后期的维保检修质量、发电成本密切相关，目前风力发电机组后期的主要维保工作集中在机械转动部件和液压和传动系统的维护保养、大部件（叶片、齿轮箱、发电机）定检等工作内容，现场人员普遍缺乏对风力发电机组控制系统的认识。所以提高检修人员在风机主控系统认识，掌握一般情况下故障信息的诊断技巧，至关重要。
1 风力发电机组控制系统简述
1.1 主流的控制系统介绍
风力发电机组主控系统目前主流采用PLC控制，PLC控制系统主要由中央处理单元（CPU）、输入接口、输出接口、通信接口等部分组成，其中CPU是PLC的核心，I/0部件是连接现场设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器和上位机连接。对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内；对于模块式PLC，各功能部件独立封装，称为模块或模板，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上。最终通过人机交互界面，实现现场运维人员对机组的监测和控制。
而行业内目前应用较普遍的PLC控制器种类主要是西门子、施耐德、三菱电机、松下、巴赫曼以及一些国产品牌，其中巴赫曼控制器（Bachmann PLC）是一个来自奥地利的工业自动化控制设备，被称为风机专用控制器。它运行基于Vxworks的实时操作系统，支持多任务，具有强大的内存管理、界面编程等功能。巴赫曼公司提供的SolutionCenter软件，是支持巴赫曼控制器的编译环境。通过此软件可以使用C/C++编程并且生成可执行文件下载到控制器运行；或者是查看控制器的配置信息、以及控制器内运行的程序信息等；还可通过自带的java编译环境，编写与控制器关联的界面程序。本文主要针对采用巴赫曼控制器的风力发电机组，通过SolutionCenter 软件对该风力发电机组的故障诊断进行叙述。
1.2 风力发电机组故障分类
风力发电机组的发展目前呈现为大机组、大容量的趋势，各风机厂家均以不断提升机组容量为目标，不断改善现有机型研发生产新机型。目前已投入运行的机组容量普遍以1.5MW/2MW为主，按发电机和发电原理又分为直驱型和双馈型等。根据全球风能理事会2017年2月在印度新德里发布《全球风电报告：年度市场发展》统计数据显示截至2016年中国风电累计、新增装机容量均居全球第一。风电市场的迅速扩容的同时，为了保证众多风电项目的正常运行，风电运维服务需求主要是常规的运维服务，包含力矩维护、日常清洁、巡检等日常维护事项，而风力发电机组作为一台独立的发电设备，在其有限的发电周期和设计寿命内，存在发生各种类型故障以机械性故障和电气性故障为主。
机械性故障主要包括叶片、主齿轮箱及传动系统、机械刹车部件的磨损、损坏、老化、形变等导致机组运行发生异响、发热等现象，严重的会导致整机发电失效，具有故障诊断分类复杂，维修投入和发电损失较大的特点。
电气性故障主要包括发电机电气一次回路、控制系统原件、电气控制接线等发生绝缘损坏、短路、接地情况，导致控制原件过热烧损、控制电源回路开关过流跳闸、监测参数异常等现象，严重者引发火灾、机组超速等后果，具有发生频率高，故障诊断维修简单，投入和发电损失较低的特点。
2基于风力发电机组某故障诊断过程分析
如何利用PLC主控制器的有限测点，监测到风机各主要系统的运行状态，提前诊断故障，避免故障扩大导致严重事故，是各风机厂家主控系统设计应用的主要目的之一。
2.1 故障发生流程
目前风力发电机组主要监测的运行参数包括振动、温度、角度、电流、电压、转速等，按信号类别分为模拟量和数字量两大类，对应的控制系统使用了模拟量输入输出模块、模拟量输入模块、数字量输入输出模块、数字量输入模块等与主控制器的CPU模块进行连接通讯，对风机各运行参数进行采集和控制。一旦CPU模块检测到某参数异常，即将故障代码反馈到主控软件中，主控软件按照故障的类别和重要性，依照程序设定发出相应的故障告警信息或命令机组停机。检修人员在集控室通过风机监控系统远程访问故障风机，了解故障情况后做出相应判断，携带相关备件再赴现场处理。
2.2 程序诊断应用
通过对SolutionCenter可以更进一步的了解风力发电机组整机的各项参数、状态。风力发电机组人机交互界面中显示的各项运行参数均是通过程序“加工”后，反映实际的运行状态，而在传感器、接线或PLC模块发生异常时，参数会显示异常。
图1 模拟量PLC模块与PT100温度传感器接线示意图
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以温度信号为例，风机中安装的普遍是PT100温度传感器，PT100热电阻随温度的不同其电阻值发生变化。当恒定电流流经该热电阻，则该热电阻-电压的下降随温度而变化。模拟量PLC模块输出一路恒定电流后，采集PT100另一路电压，然后通过程序运算就可以确定出温度。最终在人机人机交互界面中显示其实际温度。但是如果PT100传感器接线发生断开或短路等，PLC模拟量模块便不能正常检测电压，温度参数也会发生相应的异常，导致机组CPU模块发出故障信号。如图1所示，PT100在电气原理图中即相当于可变电阻，其阻值随温度发生变化，但模拟量PLC模块不能直接测量其实际阻值。
当PT100传感器的接线发生短路时，检测电压为PLC模拟量模块输出的恒定电流与线路短路阻值的乘积，线路断路时测量电压为最高限值。
使用SolutionCenter可以查看测量回路的实时值，既可以通过查看SolutionCenter中的实时值，判断该故障大致原因。
如图2所示，使用SolutionCenter连接风机PLC主控系统后，可以直观的显示风机内主控制站、从控制站的在线连接状态。方便的查询接入PLC模块各对应通道的各项参数实际测量值（图3）。
以此可以针对如故障情况不明确、故障现象不明显、故障信号闪断等易由于接线松动、接地屏蔽失效、强电混入弱点干扰、信号闪断等比较复杂、费时的风机电气控制系统存在的故障进行辅助性判断，提高工作效率，缩小排查范围。再结合风力发电机组厂家提供的电气接线图纸，从而迅速查看异常参数通道测量参数的实际值，对故障类别进行判别。
图2 SolutionCenter连接风机主控后图示
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图3 SolutionCenter显示的模拟量PLC模块各通道测量参数值
3 结论
随着我国风力发电行业的快速发展，后期的设备运维将成为风电企业的重要一环，尤其在新投产风力发电机组过质保期以后，如不再由机组厂家继续负责，那么后续运维单位提升现场运维人员对风力发电机组整机的深入认识，充分了解其主控系统原理及相关应用是提高检修效率、风机可利用率等经营指标的关键。