西门子模块6ES7313-6CG04-0AB0
随着传统石化能源的逐渐枯竭和低碳经济的兴起，人类对风能等可再生能源的利用越来越重视，风力发电技术也逐步发展起来。
当前，风电机组的分布比较分散，监控参数也比较多，而一般风能资源丰富的地区都比较偏远，基础设施也不完善，这就给风力机组的监控提出了新的课题。
为充分有效地利用风力进行发电，正确掌握系统运行状态，快速诊断系统故障，提高风电站运行的可靠性、安全性与经济效益，本文介绍一种基于MDS数传电台通信技术的风电远程监控系统。MDS数传电台通信技术具有组网方便、建设和维护成本低、传输距离远、实时性高、响应时间快、通信可靠等优点，是本监控系统的理想通信方案。
二、系统组成
风电远程监控系统结构如图1所示，主要由现场监控、数据传输、监控中心三个部分组成。现场监控部分安装在每台风力发电机塔筒的控制柜内，每台风力发电机的现场监控能够对该风力发电机的运行状态进行监控，并对采样的数据进行初步的处理；数据传输部分将现场采样的数据发送到远程监控中心服务器。
2.1 现场监控部分
现场监控部分由风机控制器和MDS数传电台组成，远程监控中心通过数字电台提供的无线传输通道对现场发电机组各参数的进行采集与控制：电网参数、气象参数、机组状态参数、变桨控制、发电机运行控制和管理等。
2.2 数据传输部分
数据传输部分选择美国GEMDS生产的数字电台EL-7052，它采用数字信号处理、纠错编码、软件无线电、数字调制解调和表面贴片一体化设计等技术，具有高性能、高可靠的特点，电台提供标准的RS-232数据口可直接与风机控制器连接，传输速率19200bps，误码低于10-6（-110dBm时），发射功率0.1-5瓦可调节，任何型号的电台可设置为主站或远程站使用，无中转通信距离达80公里，能适应室内或室外的恶劣工作环境。电台可工作于单工、半双工、全双工方式，收发同频或异频中转组网，并具有远程诊断、测试、监控功能，能满足风电监系统数据采集和控制需求，是风电监系统数据传输部分的理想选择。
MDS无线数传电台数传电台通过RS-232数据线连接到风机控制器，将采集到的风电机组运行的各种参数传送到远程监控中心，将监控中心下发的各种指令传送到风机控制器，完成对风电机组的控制。
2.3 远程监控中心
远程监控中心的作用是接收各个风电站的运行数据，监控其运行状态，保存其运行数据。远程监控中心由风机控制器和数传电台组成，它通过数传电台搭建的无线传输通道与各个风电站通信，向它们发送控制信息和收集状态信息。
远程监控中心应该能够处理显示以下各种参数：气象参数、机组的运行数据、机组状态参数、电网参数、电网故障、各机组运行过程中发生的故障等。
远程监控管理中心要能够进行技术分析，为管理层、技术部门、维护部门等不同用户提供有针对性的报表，方便进行管理。
三、
风电技术是一种绿色无污染的可再生能源，其技术的发展对于当前遇到的污染严重、极端天气频发等各种问题是一种从根本上的解决之道。为风电远程监控系统提供数据传输通道的数传电台，一定要选用技术指标高、质量稳定可靠的电台，再经过现场测试，确定天线类型、架设高度和电台的功率，以确保系统稳定可靠的运行。
MDS数传电台为系统的无故障运行而设计，是本监控系统数据传输设备的理想选择。
该客户是专注于马达生产设备开发研究和生产制造的专业企业，产品广泛应用于电动工具、吸尘器、汽车电机、摩托车起步电机等领域。其中串激励转子绕线机、转子和整流子外圆精车机。
目前该客户正在开发一种新产品，电机定子外线圈高速绕线机。需要用到其2轴伺服直线差补功能。客户原开发机使用的是研华adam－5000系列的分布式io站(plc)，使用其直线插补功能，操作面板使用的是中达电通的简易数控系统。
2 系统工艺流程
放线轮放线→张力摆杆控制张力→进入旋转绕线机构→绕到需要绕线的外定子上，工艺流程如图1所示。
图1 工艺流程示意图
3 设计要求
绕线伺服旋转绕线，其速度可设定，运转时恒定，漆包线受张力控制，进退伺服利用丝杠控制绕线头前后进退，还有一套伺服用于旋转变换定子线圈受绕角度。进退伺服在一个线圈上进给分段，每段每匝间隙不同。分布在线圈上以匝数来定绕线多少。
绕线速度：每分钟*大3000匝(可以根据使用要求调整)；每匝间距可调整，*小线宽：0.7mm。
并且不同匝宽的过渡要平稳，绕线机在换向处不能出现绕线不均匀、堆积现象。
4 方案设计及主要配置
鉴于以上使用要求和机械机械结构，我们设计了如下的方案：
通过丝杠导程，每段规定的匝数，每匝的间距，伺服定义的每转脉冲数可以推导出每段进给的脉冲数，即x轴方向上的puls值：
p(x轴)=(d*n)/l*p
(p：脉冲数；d：每匝间距；n：匝数；l：丝杠导程；p：每转脉冲数)
由于设定的转速恒定，通过每段规定的匝数(即绕线的的圈数)，伺服定义的每转脉冲数，即可以推导出每段绕线的长度的脉冲数，即y轴的puls值：
p(y轴)= n*p
(p：脉冲数；n：匝数即圈数；p：每转脉冲数)
z轴用于切换调整电机定子外线圈绕线柱头，其旋转角度由电机定子外线圈绕线柱头数决定，由每次相同批次绕线前事先设定。
图2 电机定子外线圈绕线形式示意图
在绕线时x轴和y轴实时联动，根据设定的好的参数，两轴分别走相应的脉冲数，每段之间匝距变换，设定加减速时间，其实这就相当于绕线伺服和进给伺服之间做一个直线插补功能。而由于cp1h本身没有直线插补功能，cp1h有着独立4轴100k的高速脉冲输出，在计算量不是很大的情况下，其实也可以做到直线插补功能。这就为本系统使用cp1h创造了条件。
本方案使用omron的解决方案配置为：
cp1h-xa40dt-d 一台，
cpm1a-20edr1一台，
cp1w-cif01一台，
r88d-gt08h-z 两台，
r88d-gt04h-z一台，
r88m-g75030h-s2-z 两台，
r88m-g40030h-s2-z一台，
ns8-tv00b-ecv2一台。
本方案主要难点在于cp1h的本身不带有直线插补功能，为此需要设计一套直线插补的程序，本方案中使用了时间分割直线插补算法，此方法在一些书籍中都有论述，这里就不做介绍了。由于本方案涉及多步连续运行，在这里将直线插补程序参照omron的nc模块的内存操作模式，打包成功能块，如图3所示。
图3 功能块应用图示
其中:
输入：
start： 启动定位序列位。
step： 定位序列数设定——设定范围&1～&100。
step_ctrl：启动下一步（可结合内存设定中，独立模式时生效）。
sequ_areaid：定位序列设定区域。
0：d区
1：h区
sequ_areano：定位序列起始地址设定。
sequ_areaid为0时：设定范围&0～&9900
sequ_areaid为1时：设定范围&0～&400
orgxy：返回初始位置位（参见内存定位序列设定）。
输出：
step_running： 当前定位步号。
5 内存定位序列
图4 内存定位序列示意
以sequ_areaid=0；sequ_areano=0为例，内存设定如图4所示。
a：每个定位序列占有10个字。
b：设定内容：
d0~d1：x轴位置。
d2~d3：y轴位置。
d4：插补起始速度。
d5：插补加速度。
d6：插补减速度。
d7~d8：插补目标速度。
d9：定位模式设定
0：独立模式 本行所设定序列完成后即停止，可由功能块输入“step_ctrl”启动下个序列。
1：连续模式 本行所设定序列完成后继续运行下个序列。
c：第一个序列为起始位置，如不需要使用可将x、y设定为(0，0)。当功能块输入
“orgxy”为“on”时，返回此处设定位置。
这样在实际使用该功能块配合由用户在触摸屏上设定的参数而计算出来的结果赋值到序列中。构成完整的输出。来达到给电机定子外线圈按规定绕线的目的。
图5 左图开始绕线，右图换匝
图6 左图换定子，右图绕好的定子线圈
实际设备安装完毕后对不同的进行了电机定子外线圈试绕线，结果比较满意，绕线匝数，每匝间距精度能够达到设计要求。图5、图6是设备图和绕线成品图。