The Challenge:改進西門子風力渦輪控製係統軟件定期發布的自動化測試，驗證開發階段中的風力渦輪控製係統組件。
The Solution:使用NI TestStand、LabVIEW實時模塊、LabVIEW FPGA模塊和NI PXI平台創建用於西門子風力渦輪控製係統的嵌入式控製軟件發布的硬件在環（HIL）測試係統。
位於瑞典馬爾默和丹麥哥本哈根之間厄勒海峽的境外風力農場
測試控製係統軟件
風力渦輪係統由多個組件組成，包括電機、齒輪、整流器和變壓器變換器，用於將動力學風能轉化為電能。
圖1：風力渦輪組件
控製係統將這些組件通過數百個I/O信號和多個通信協議連接在一起。控製係統中最複雜的部分是執行控製循環的嵌入式控製軟件。
由(you)於(yu)我(wo)們(men)的(de)軟(ruan)件(jian)開(kai)發(fa)者(zhe)定(ding)期(qi)發(fa)布(bu)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)軟(ruan)件(jian)新(xin)版(ban)本(ben)，我(wo)們(men)需(xu)要(yao)測(ce)試(shi)軟(ruan)件(jian)，驗(yan)證(zheng)這(zhe)些(xie)軟(ruan)件(jian)將(jiang)會(hui)在(zai)風(feng)力(li)站(zhan)的(de)環(huan)境(jing)下(xia)可(ke)靠(kao)執(zhi)行(xing)。在(zai)每(mei)個(ge)軟(ruan)件(jian)發(fa)布(bu)時(shi)，我(wo)們(men)在(zai)現(xian)場(chang)使(shi)用(yong)軟(ruan)件(jian)之(zhi)前(qian)，需(xu)要(yao)先(xian)在(zai)工(gong)廠(chang)接(jie)受(shou)性(xing)能(neng)測(ce)試(shi)。這(zhe)個(ge)全(quan)新(xin)的(de)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)讓(rang)我(wo)們(men)能(neng)夠(gou)自(zi)動(dong)化(hua)這(zhe)個(ge)流(liu)程(cheng)。
從過去係統中學到的經驗
我們之前的測試係統是在10年前開發的，它基於另一個軟件環境和PCI數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)板(ban)卡(ka)。測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)體(ti)係(xi)結(jie)構(gou)和(he)性(xing)能(neng)無(wu)法(fa)滿(man)足(zu)我(wo)們(men)對(dui)全(quan)新(xin)的(de)測(ce)試(shi)時(shi)間(jian)和(he)擴(kuo)展(zhan)性(xing)的(de)需(xu)求(qiu)。維(wei)護(hu)也(ye)十(shi)分(fen)困(kun)難(nan)，並(bing)且(qie)不(bu)能(neng)自(zi)動(dong)化(hua)完(wan)成(cheng)有(you)效(xiao)的(de)測(ce)試(shi)。它(ta)還(hai)缺(que)乏(fa)對(dui)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)自(zi)動(dong)生(sheng)成(cheng)文(wen)檔(dang)和(he)測(ce)試(shi)的(de)可(ke)跟(gen)蹤(zong)性(xing)，不(bu)提(ti)供(gong)所(suo)需(xu)的(de)遠(yuan)程(cheng)控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)。此(ci)外(wai)，過(guo)去(qu)的(de)HIL測試環境不支持多核處理，因此我們無法利用最新多核處理器的計算能力。
未來係統的決定
在評價可用的技術之後，我們選擇了LabVIEW軟件和基於PXI的實時現場可編程門陣列（FPGA）硬件，開發我們全新的測試解決方案。我們相信這個技術會帶來靈活性和可擴展性，滿足我們未來的技術需求。同時，我們從NI提供的服務與產品質量中，建立了對解決方案的信心。
由於我們在測試內部係統中並沒有深入的開發經驗，我們將開發外包給位於丹麥的CIM Industrial Systems A/S公司。我們選擇CIM Industrial Systems A/S是因為他們具有測試工程能力和歐洲最多的LabVIEW認證架構師。CIM成功開發了這個項目，我們對得到的服務感到十分高興。
靈活的實時測試係統體係結構
全新的測試係統通過在LabVIEW實時模塊係統中，運行組件仿真模型，仿真實時風力渦輪組件的行為，為被測係統提供仿真信號。
圖2：西門子風力測試係統體係結構
主計算機包含直觀的LabVIEW用戶圖形界麵，能夠方便地通過在麵板中移動組件進行調整。Windows操作係統應用程序與兩個不兼容實時任務的外部儀器進行通信。
圖3：主計算機具有直觀的LabVIEW用戶圖形界麵。
在主計算機上的軟件通過以太網與位於PXI-1042Q機箱中的LabVIEW實時目標進行通信。LabVIEW實時模塊運行通常包含20到55個並行執行的仿真DLL的仿真軟件。這個解決方案能夠調用使用幾乎所有建模環境開發的用戶模型，例如NI LabVIEW控製設計與仿真模塊、The MathWorks, Inc. Simulink®軟件或是ANSI C代碼。我們仿真循環的典型執行速率是24 ms，為滿足未來處理能力擴展需求提供了大量裕量。
用於定製風力渦輪協議和傳感器仿真的FPGA板卡
由於缺少現有標準，在風力渦輪中使用的定製通信協議很多。使用基於NI PXI-7833R FPGA多功能RIO模塊和LabVIEW FPGA模塊，我們能夠與這些協議進行通信並仿真。除了協議交互之外，我們使用這個設備仿真磁性傳感器和精確三相電壓電流仿真。其他的FPGA板卡與NI 9151 R係列擴展機箱連接，進一步提高了係統通道數。
全新測試係統的優點
全新的西門子風力測試係統相比上一代解決方案有許多優點。由於係統的模塊化特性，進行改進、修xiu改gai和he進jin一yi步bu開kai發fa十shi分fen簡jian單dan。被bei測ce係xi統tong可ke以yi在zai無wu需xu測ce試shi係xi統tong體ti係xi結jie構gou任ren何he變bian化hua的de情qing況kuang下xia進jin行xing快kuai速su替ti換huan。遠yuan程cheng控kong製zhi功gong能neng和he係xi統tong的de簡jian單dan複fu製zhi讓rang我wo們men能neng夠gou在zai需xu要yao進jin行xing擴kuo展zhan時shi，靈ling活huo地di將jiang係xi統tong複fu製zhi到dao其qi他ta站zhan點dian。
仿(fang)真(zhen)器(qi)為(wei)環(huan)境(jing)提(ti)供(gong)了(le)在(zai)實(shi)驗(yan)室(shi)中(zhong)高(gao)效(xiao)驗(yan)證(zheng)新(xin)軟(ruan)件(jian)發(fa)布(bu)和(he)測(ce)試(shi)特(te)殊(shu)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)能(neng)力(li)。它(ta)還(hai)給(gei)了(le)我(wo)們(men)測(ce)試(shi)我(wo)們(men)正(zheng)在(zai)研(yan)究(jiu)的(de)新(xin)技(ji)術(shu)和(he)新(xin)概(gai)念(nian)的(de)工(gong)具(ju)。
未來計劃
模塊化體係結構讓我們能夠擴展係統滿足不斷變化的風能技術不斷增長的需求。我們計劃將仿真分割為多個LabVIEW實時目標滿足我們未來的測試需求。我們還打算使用NI TestStand進行未來的自動化測試。
