基于组态王的风电齿轮箱测试系统的网络集成

刘 明 周 翔

(大连华锐重工集团股份有限公司机械传动实验室，辽宁 大连 116035)

目前，大、中型风力发电机组已在世界40多个国家的陆地和近海并网运行，风电增长率比其他电源增长率高的趋势仍然继续。伴随着风电市场的高速发展，为了适应不同地区的要求，同时受周边环境的影响，各种功率的风机应运而生，小到700kW大到6MW甚至8MW的风电机组也已在研制或挂机运行。而对常见的风力发电机组的对比可以看到，目前主流机型是双馈异步风力发电机组，这种机型的典型结构采用了多级齿轮箱升速[1]。可见，风电齿轮箱在风电发展中的地位不容小视。

风机在整机安装之前都要对风电齿轮箱进行出厂试验，将一些故障与缺陷消除在出厂之前。不同功率类型的齿轮箱就需要不同的试验台进行试车，而每个试验台要单独配备测试系统。笔者在原齿轮箱测试系统的基础上进行规划统一，建立网络集成化的测试系统，以期实时监测4个不同试验台的工作情况，并同时进行数据录入与处理。

组态王可运行在基于PCI/IP网络协议的网络中，帮助用户实现上、下位机以及更高层次的厂级联网。一台PC机通过PCI/IP协议可以与多个远程计算机(即远程节点)进行通信。

1.1 组成测试网络的条件

要实现组态王的网络功能，必须满足以下条件：

a. 将组态王软件安装在网络版的Windows98/2000/Windows NT 或 WindowsXP上，对于更高版本的组态王软件(如6.55)也可以安装在Windows7系统上，并在配置网络时绑定 TCP/IP 协议，即利用组态王网络功能的PC 机必须首先是某个局域网上的站点并启动该网；

b. 客户机和服务器必须安装并同时运行组态王，除了Internet版本的客户端；

c. 组成网络的计算机上组态王的工程文件夹必须要设置成网络共享。

以上3点是网络集成系统的基础，可以保证集成系统中各测试系统间通信的建立。

1.2 测试网络的站点建立

首先简单介绍6个术语：I/O服务器，进行数据采集的站点；报警服务器,存储报警信息的站点；历史记录服务器，接收I/O服务器传送的历史数据的站点；登录服务器，唯一拥有系统网络中完整用户列表的站点；Web服务器，运行组态王Web版，保存组态王For Internet版本发布文件的站点；客户，可以访问指定的I/O服务器、报警服务器和历史数据服务器上的数据。

在本设计中，集成系统设为数据服务器站点，其余4个试验台测试系统作为I/O数据采集站点。站点的具体建立需要3个步骤完成。

1.2.1配置数据服务器站点

数据服务器站点即集成测试系统的计算机，在工程浏览器左侧列表中打开网络配置窗口，在网络参数选项中选中连网模式，在本机节点名中输入本机的IP地址，其他不需要改动，配置界面如图1所示。

图1 网络参数配置界面

在节点类型选项中，选中“本机是登录服务器”、“本机是报警服务器”和“本机是历史记录服务器”，如图2所示。点击确定，暂时完成对该站点的配置。

图2 节点类型配置界面

1.2.2配置I/O采集站点

在本设计中有4个I/O采集站点，即1.5MW试验台记为1号采集站、2MW试验台记为2号采集站、3MW试验台记为3号采集站和7MW试验台记为4号采集站。在工程浏览器左侧列表中打开网络配置，在网络参数中选中连网模式，在本机节点名中输入本机的IP地址；节点类型中选中“本机是登录服务器”，待网络配置完成以后再将此处改为“本机是I/O服务器”，若此时配置成为I/O服务器则后续有些配置无法进行；在I/O采集站工程浏览器左边选中“站点”标签，进入站点管理界面，在左侧的节点名称列表区单击右键，选择“新建远程站点”，弹出“远程节点”对话框，如图3所示，点击“读取节点配置”，选择远程工程路径。在网络中选择数据服务器上共享的工程文件夹。“主机节点名”中输入数据服务器的IP地址，节点类型选“作为登录服务器”、“作为报警服务器”和“作为历史库服务器”。最后点击“确定”完成配置。再次进入“网络配置”，在“节点类型”中改成“本机是I/O服务器”。进入“客户配置”选中“客户”，点击“确定”完成对I/O采集站的配置。

图3 远程节点配置

1.2.3继续配置数据服务器站点

按I/O采集站中远程站点的配置方法完成远程站点的配置，只是这里要新建4个远程节点，分别对应4个I/O采集站；打开“网络配置”，在“节点类型”中的“报警服务器”与“历史记录服务器”的列表中显示出连接到本机的I/O服务器的名称，选中它们；选择“客户配置”页，选中“客户”。在“I/O服务器”列表中选中I/O服务器的名称。至此数据服务器站点配置完成。

经过以上3步就完成了组态系统的网络连接，接下来就可以在数据服务器站点访问I/O采集站的试验数据了。

1.3 网络数据的访问

在网络条件满足，站点建立完备以后就可以很轻松地进行I/O采集站数据的访问。只要在测试界面中把要显示的变量关联到相应的I/O采集站点，就可以像访问本站点数据一样去访问数据了，如图4所示。

在关联某一变量时，先双击该变量，弹出“动画连接”对话框。选择“模拟输出”弹出“模拟值输出连接”对话框，单击表达式后面的“？”，弹出“选择变量名”对话框，在该对话框左侧选中要关联的I/O采集站点的名称(所在计算机的IP地址)，右侧出现该站点下的所有变量，选中相应变量就完成了变量的关联。使用时就像使用本站点变量一样方便。

图4 网络数据的访问

2 集成系统的界面设计

对于每个独立的测试系统要实现的主要功能是实时测试并保存试车过程中齿轮箱的温度、压力、振动及流量等数据，以便后续处理与使用[2]。集成测试系统实时跟踪每个试验台的测试情况，并在集成系统完成独立测试系统的所有功能。为此，集成系统设计有3个主要功能界面。

2.1 系统主工作界面

系统主工作界面是系统正常工作时重点使用的界面，如图5所示。在主工作界面中，同时实时显示4个试验台的测试情况，每个试验台的测试数据分别单独建立有数据库，当试验台开始工作时，相应标志位置启动，集成测试系统开始将数据录入到相应的数据库。对于每个试验台位可以分别进行数据查询与数据曲线的查询。如果此时只有一个试验台处于工作状态，只要单击“当前台位放大查看”即可单独查看该试验台的工作情况。每个单独台位的工作界面设有4个台位的工作状态标志，在单独查看该台位时可以及时了解其他试验台位当前是否处于工作状态。

图5 集成系统主工作界面

2.2 数据查询界面

每个试验台有一个单独的数据查询界面(图6)，由于具有单独的数据库，所以其数据查询是互不影响的。每个台位的查询功能也都一样。

图6 数据查询界面

在数据查询界面可以实现当前数据查询、历史数据查询、数据库维护、数据报表打印与数据另存功能。当前数据查询功能可以实现对当前数据库所有已存在数据的查询，单击相应的按钮就会在报表中显示所有数据库中已存在的数据；历史数据查询完成按一定条件进行数据库中数据的查询功能，如按试验日期或试件编号进行查询，单击相应的按钮就会出现条件查询窗口；数据库维护可以实现对现有数据库进行清零与部分删除功能，该功能是对系统长期运行导致数据库存储量庞大而进行的改进；数据报表打印可以将查询的数据结果打印到A4纸上；数据另存可以将从数据库中查询到的数据存储到计算机中指定的位置，以便对满足一定条件的试验数据进行处理与试验报告的整理。

2.3 数据曲线查询界面

利用数据曲线查询界面(图7)，可以查看每个试验台在一定时间段内一个或几个数据量关于时间的变化曲线，如温升曲线等。该界面采用组态王中的历史趋势曲线控件实现该功能。历史趋势曲线控件不但可以实现组态王历史数据的曲线绘制，还可以实现工业库中历史数据的曲线绘制、ODBC 数据库中记录数据的曲线绘制。在运行状态下，可以实现在线动态增加或删除曲线、曲线图表的无级缩放、曲线的动态比较及曲线的打印等功能。

图7 数据查询界面

3 结束语

在网络迅速发展的工业时代，企业的信息化程度制约着企业的发展前景。为了适应信息化的发展，在原有分散的风电齿轮箱测试系统的基础上设计并建立起网络集成测试系统，系统除了建立局域网相关的硬件外几乎没有其他硬件投入，所以成本很低；数据管理更加方便，原系统是在每个试验台做完一次测试工作后都到相应测试系统中拷贝相关测试数据再进行数据处理，出具试验报告，本测试系统实施后可以直接在集成系统中处理数据并出具试验报告，使得数据管理方便快捷；由于所有测试数据都传送到数据服务器站点，无形中增加了一个数据保存路径，所以数据的丢失几率降低。在此集成系统建立的基础上，通过增加软硬件的相关投入，可以运用到各大主机风场中，使运营商可以方便地对所辖风场进行远程监控与管理。

[1] 李卫东,丁钧,孙樵.几种常见风力发电机组的对比分析[J].风能产业,2013,(8):46～49.

[2] 刘明,林建伟,华青松.基于组态王的齿轮箱测试系统的设计[J].风能产业,2012,(9):56～60.