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一、概述
近年来随着国家对可再生能源扶持政策的出台，可再生能源特别是风力发电呈现蓬勃发展的趋势，国内众多厂家正通过自主研发和技术引进等形式进行风电设备的成套工作。目前，国内生产厂家对高速齿轮箱、电机和叶片等已具有了独立生产能力，但作为风力发电控制系统的大脑——风电控制器，一直以来主要依靠国外技术引进。通过对国内主流风电设备生产厂家的控制系统研究发现，多数厂家的控制系统是和主机一起成套技术引进而来，如MITA和WINDTEC公司的产品。由于风电设备运行环境较为恶劣，安装空间有所限制，并且要求有很强的数据处理能力，现有的通用可编程控制器很难达到其技术要求。一是高低温要求，通用PLC运行温度一般为0℃～50℃，但风电设备要求运行在-25℃～60℃的环境中。有国内厂家采用了通用PLC作为主控器，但在系统设计时需在机柜增加加热器，以保证在低温环境下的可靠运行，这种处理方式能满足运行要求，但可能会造成在超低温环境下PLC上电后不能立即运行，并且加装了加热器导致PLC安装空间更加狭窄。二是数据处理能力，现有的通用可编程控制器因本身设计思想的不足导致在功能上无法满足大规模数据存储的需要。对国外引进控制系统的研究表明，国外控制系统多采用嵌入式PC（如Bachmann、BeckHoff等）作为主控制器来适应风电控制系统的需求。
本方案以NA400系列可编程控制器为基础，针对某电站3MW（可适用于2.5MW和1.5MW机组）风机控制器的技术要求，在广泛吸收国外同类产品控制系统的技术优点的基础上提出的。
由于变流器和变浆系统采用成熟系统配套，本方案仅涉及3MW风力发电机组主控柜（主站）和机舱柜（机舱站）的控制。
二、技术需求
（1）编程软件符合IEC61131-3；
（2）软件支持多任务；
（3）对CPU速度及处理能力、存储空间等有较高要求（要求具有100M的数据存储能力）；
（4）I/O要求：输入光电隔离、输出继电器（总点数在100点以内）；
（5）运行环境恶劣，要求具有较高的可靠性：
运行温度：-20℃~50℃
储存温度：-40℃~70℃
较高的湿热要求，要求防湿抗凝露
（6）通信要求：
以太网接口，支持TCP/IP、UDP等
Profibus-DP现场总线
CANOpen现场总线
（7）人机界面采用具备按键操作的平板电脑，支持WinXP 嵌入式操作系统，不采用 常规的触摸屏；
（8）信号类型：DI、DO、AI（0~10V和4~20mA）、Pt100热电阻、AO、SSI、高速计 数器模块；
（9）结构要求：安装方便，所有螺钉应防锈。
三、技术方案
针对风力发电设备运行环境严酷、技术要求高的特点，现有通用PLC很难适应其应用需求。我公司NA400型可编程控制器采用一系列计算机领域和工业控制领域的研制。系统结构先进、功能强大、具有多任务、趋势曲线、环境适应性强等特点，适合风电行业的特点。
VIPA 200V DP从站的用法和SIEMENSET200S 类似，使用前只需安装VIPA 200VGSD组态文件即可。该总线从站模块支持DP-V0，DP-V1。每个站点多可带32个模块，安装在35mm标准导轨上。与SIEMENSET200S 区别的是VIPA 200V 从站无需单独配置PM-E电源模块。
2.3 2台DANFOSS公司的FC300系列变频器：
2台DANFOSSFC300 变频器通过Profibus DP 总线与PLC 通讯，对两台输送设备进行控制。
2.4 1台自动热缩包装机：
1台自动热缩包装机自带控制系统，由SIEMENS S7 200 PLC 控制。该设备通过SIEMENS EM277接口模块挂接在Profibus DP 总线上，与上位PLC进行通讯和连锁控制。
2.5 1台VIPA TP612C触摸屏：
1台VIPA触摸屏：VIPA 612-1BC01做操作员终端。该触摸屏通过以太网直接与PLC进行通讯。该触摸屏基于bbbbbbs CE 5.0Professional Plus的操作系统，通讯接口除了支持串行接口RS232, RS485/RS422通讯，还提供以太网TCP/IP; MPI; CANopen 和 Profibus-DP从站通讯,支持与多种品牌PLC的通讯协议。它还带有USB_A/B接口。所有这些标准的接口，给用户提供了极高的灵活性和开放性，它保证了连通几乎所有领域的操作。VIPAHMI与西门子对比来看,VIPA的HMI的色彩更丰富,灵敏度更高,软件使用更方便。它具有合金铝的外壳和90°自动螺丝锁扣的专利技术，使安装更快速便捷。实际外观如图5。
图5 VIPATP612触摸屏
3 应用经验
在该项目的调试过程中，基本上和以往使用的西门子S7 系列PLC在编程组态和操作上无太大区别。VIPA PLC调试编程都可以使用STEP7，或者使用VIPA公司自己的WinPLC7编程工具。以往西门子PLC使用的程序可以完全移植到VIPA PLC 上使用。VIPAPLC除了兼容西门子自带的功能块外，还自带一些其它特殊的功能块可以方便调用。在硬件组态中，对于VIPA200V的远程从站，只需安装相应的GSD 文件即可，使用方法和HW组态上和西门子ET200S相同。VIPAPLC内部集成了工作和装载存储器，无需外加程序存储卡即可运行，但CPU也带有标准的MMC卡接口，可用于保存程序和数据，及扩展工作存储器。这样就带来了使用上的方便性和灵活性。
该系统在现场经过不到一个月的调试，就已进入正常生产阶段。节省了安装调试的时间。整个控制系统运行状态正常，安全可靠。和以往使用过的SIEMENSS7 400系列PLC相比较，VIPA 300S的PLC表现出很高的性能和运行速度，其技术指标可见一斑。从执行同等程序的循环周期来看，将近缩短了两倍。可见VIPAPLC在对程序循环周期有苛刻要求的环境下，有着的优势。
2.1 主控系统，CPU 带有PROFIBUS DP主站：
主站配置如下：1.PS307稳压电源：307-1EA00；2.CPU：VIPA 317-4NE12
3.数字量输入模块（32DI）：VIPA 321-1BL00；4.数字量输出模块（32DO）：VIPA322-1BL00。
其排列如图2，图3所示。
图2
图3
2.2PROFIBUS DP远程从站：
3个VIPA200V组成的从站系统控制主要输送设备和10个ET200S控制单机设备。其中VIPA 200V从站均采用：
1）DP现场总线从站接口模块VIPA 253-1DP01；
2）数字量输入模块（8DI）VIPA 221-1BF00；
3）数字量输出模块（8DO）VIPA 222-1BF00；
4）高速计数功能模块VIPA 250-1BA00
组态示意图如图3所示。
图3 系统硬件组态图
图4 VIPA 200VDP从站图
HMI主要控制图：
三、 小结
1、CTSC-200系列PLC运算速度快，逻辑运算速度达0.15us,满足了轴承机械自动运行周期快的要求。
2、CTSC-200系列PLC做了三防处理，I/O模块采用光电隔离和输入滤波扰动技术，可靠性高，在轴承机械油污的环境中也能发挥出的性能。
3、CTSC-200系列PLC高速脉冲输出大达到200K，在尼龙保持架装配中实现了尼龙保持架的高jingque定位。
4、触摸屏采用高速32位RISC处理器，画面切换流畅，高分辨率，高亮度，易于操作
本文介绍轴承机械中的全自动保持架装配机的工艺流程，根据控制要求，结合TrustPLC®CTSC-200系列PLC的特点，描述了全自动保持架装配机的控制方案。
一、全自动保持架装配机工艺介绍
轴承生产过程主要是两个部分，一是合套；另一个是加保持架固定钢球位置。合套的工序由合套机来完成，钢球的固定就由保持架装配机来完成。
保持装配机上有若干工位，每个工位完成不同的工作。工位设置如下：
上料---集球---分球---真空验球---加上保持架---NG1---加下保持架---柔性振荡对位---压前检查---压铆---压后检测---NG2---出料。
1、 上料：与合套机连线使用，分连续上料和断续上料，不易散套的轴承一般采用连续上料，易散套的轴承一般采用断续上料。
2、 集球：把钢球集中于一侧。
3、 分球：依照分球器的自身重力，把钢球按顺均匀分开，分球器采用尼龙制作，不伤钢球。
4、 真空验球：采用吸真空的无损方式检验钢球数量和位置是否准确，检测不合格后面的保持架不加，在NG1位置将其推出。
5、 加上保持架:采用凸轮式自动定配器把上保持架加到轴承上面。
6、 NG1：把检验的不合格品推出。
7、 加下保持架：切出下保持架，由机械手抓取已加好上保持架的轴承并放置在下保持架上。
8、 柔性振荡对位：上模采用可调速电机进行柔性振荡，下模采用定速电机进行微小振荡，实现轴承准确对位。
9、 压前检查：铆合之前检查上下保持架是否放好，如果不好则不进行下一工序。
10、铆钉铆合：采用汽液增压缸确保铆合压力一致性，增压力稳定，速度均匀，采用轴承到位确认开关，确保轴承到位后准确冲压，防止铆合的时候损坏轴承和模具。
11、压后检测：检测铆合后的铆钉高度，合格则为成品。
12、NG2：把前面任意一个工序有不合格的产品推出。
13、出料：铆合后的合格产品推出。
整个工位的循环时间在2.8—3.2S之间。
二、 配置方案
控制系统示意图：
本文介绍门窗机械中的清角机的工艺流程，根据控制要求，结合TrustPLC®CTSC-200系列PLC的特点，描述了清角机的控制方案。
一、 清角机的工艺介绍
门窗加工流程主要为：型材下料，焊接，铣削，清角，钢衬加工等。其中以焊接和清角为关键，直接关系到产品的质量。目前焊机与清角机控制部分均采用CNC系统或PLC，传动部分采用伺服或步进驱动。
清角机主要是对经过焊接好的塑窗进行表面处理，属于四角焊的下一道工序。数控系统控制片铣刀对型材进行二维轨迹切削，清理外角数控系统通过控制上下拉刀，来清理上下平面焊缝，通过控制组合铣刀来清理内角焊缝。用户可根据型材情况选好预存的加工程序，完成对各种型材的加工。因为需要对铣刀的两维轨迹进行圆弧插补运算，故需要做两轴的运动控制系统，通过模拟量或脉冲/方向信号控制X、Y轴伺服定位运动。伺服系统作为执行机构，其对控制信号响应速度和跟随精度决定产品质量的关键因素。动作流程如下:
1、等待测位一，测位二有信号输入；
2、启动转锯，到位开关动作；
3、等待到位信号输入为0，延时1S压紧动作，延时0.3S停止到位开关；
4、等待到位信号输入为1，上铣刀动作；
5、上铣刀动作玩抽，下铣刀动作；
6、运行一次型材加工；
7、拉刀动作，拉刀到位后关闭压紧；
8、清屑动作；
9、清屑动作完成后，回原位，完成一个周期。
二、配置方案
三、
1、CPU226H主控模块是一款高性能主控模块产品，拥有200KHz的高速计数功能和200KHz的高速脉冲输出功能，运用到清角机上，可在10S完成一个内角的清理工作。
2、TP06触摸屏采用真彩数字屏，美观，操作简便，使清角机的生产易于管理。
3、通过程序可以设定起始速度，升降速时间，使机械运动平稳，低噪音，加工质量明显改善。