Morten Pedersen, CIM Industrial Systems A/S
針對頻繁推出的 Siemens 風力發電機控制系統軟體版本，不但改善其測試自動化作業，也改善了風力發電控制系統元件開發階段的測試與驗證。
使用 NI TestStand、LabVIEW Real-Time 與 LabVIEW FPGA Module，以及 NI PXI 平台，建立一個新的 Real-Time 測試系統，用於測試 Siemens 風力發電機控制系統的嵌入式控制軟體版本硬體迴路 (HIL)。
風力發電機系統由數種元件組成，包括轉子、齒輪、變壓器，以及將動力風能轉換成電力的轉換器。
這樣的控制系統透過數百個 I/O 訊號與多個通訊協定與這些元件互通。在這樣的控制系統中，最複雜的部分就是執行控制迴圈的嵌入式控制軟體。
我們的軟體開發人員會定期針對控制器發佈新的軟體版本，因此，我們必須進行軟體測試，確認這些版本能否在風力發電場的條件下穩定執行。每次發佈軟體版本時，我們都會在現場使用軟體之前先進行工廠驗收測試。新的測試系統讓我們能夠自動處理這個流程。
NI 原有的測試系統是在 10 年前開發出來的，該系統採用另一種軟體環境與 PCI 資料擷取機板。這個測試系統的架構和效能無法因應我們在測試時間與擴充能力等各方面的新需求。維護不易之餘，這套系統也欠缺足夠的自動化功能，無法發揮測試效率。此外，這套系統無法自動記錄測試結果和追蹤測試案例，更無法提供必要的遠端控制功能。此外，舊的 HIL 測試環境並不支援多核心處理功能，因此我們無法充分利用最新型多核心處理器的運算效能。
評估現有技術之後，我們選擇了 LabVIEW 軟體與 PXI 架構的即時現場可程式化閘道陣列 (FPGA) 硬體，用於開發新的測試解決方案。我們相信，這項技術能發揮我們需要的靈活性與擴充性，可以因應我們未來在技術方面的需求。此外，NI 的高品質服務與產品也讓我們對解決方案充滿信心。
我們對於內部測試系統的開發專業知識不夠深入，因此，我們將開發作業外包給丹麥的 CIM Industrial Systems A/S。我們之所以選擇 CIM Industrial Systems A/S，原因在於 CIM Industrial Systems A/S 不僅具備測試工程實力，更有全歐洲最多的 LabVIEW 認證合格工程師。CIM 成功完成了這次的專案，我們也非常滿意他們所提供的服務。
新的測試系統會在 LabVIEW Real-Time 系統中執行這些元件的模擬模型，以利模擬實際風力發電機元件的行為，進而將模擬訊號提供給待測系統。
主機電腦內建直覺式的 LabVIEW GUI，使用者只要移動面板中的元件就能輕鬆調整。Windows 作業系統應用程式也能和兩台與 Real-Time 不相容的外接儀器通訊。
主機電腦的軟體可以透過乙太網路與 PXI-1042Q 機箱中的 LabVIEW Real-Time 系統通訊。LabVIEW Real-Time 所執行的模擬軟體通常包含 20 到 25 個平行執行的模擬 DLL。這個解決方案幾乎可以呼叫以任何建模環境所建立的使用者模型，例如 NI LabVIEW Control Design and Simulation Module (現隨附於 LabVIEW 專業版)、The MathWorks, Inc.。Simulink® 軟體或 ANSI C 程式碼。 模擬迴路的執行速率通常是 24 ms，因此有相當充分的處理功能可以因應未來的擴充需求。
由於欠缺既有標準，因此，風力發電機採用相當多客製化通訊協定。使用 NI PXI-R 系列 FPGA 架構的多功能 RIO 模組搭配 LabVIEW FPGA Module，就能快速介接與模擬這些協定。除了協定介接之外，我們也使用這台裝置模擬磁性感測器，以及準確模擬三相電壓與電流。另一個 FPGA 機板連接至 R 系列擴充機箱，以利進一步增加系統通道數。由於能夠使用即時控制所用的圖形化開發環境設計執行於 FPGA 的軟體，在協助我們提高生產力這方面著實發揮相當大的作用。
NI 技術在改良新的風力發電測試系統時發揮相當重要的作用。LabVIEW 開發環境的開放性讓我們能夠匯入第三方模擬模型，再加上 NI Real-Time 與 FPGA 架構硬體的整合相當緊密，因此我們能夠迅速依照概念製作出可以運作的原型。LabVIEW 能自動充分利用最新的多核心處理器，因此除了協助我們發揮最大的系統效能之外，還讓我們得以預留充裕的處理能力，能夠因應未來的擴充需求。最後，人機介面的客製化功能相當豐富，因此我們很容易就能為使用者設計出直覺式的圖形化使用者介面。
相較於上一代系統，全新 Siemens Wind Power 測試系統的模組化程度更高，因此很容易就能改良、調整與進一步開發。完全不需變更測試系統架構，就能迅速替換受測系統。系統的遠端控制功能與簡易複製功能，讓我們在業務範圍擴大時能夠靈活地將系統複製到其他據點。最後，模擬器讓我們在實驗室裡就能運用模擬環境充分確認新軟體版本的效能，並且測試特殊情況。而我們也得以運用工具測試我們正在開發的新技術與概念。
LabVIEW 圖形化系統設計讓我們得以設計出很容易就能擴充的模組化軟體，因此得以因應風力發電技術迅速發展之下不斷增加的需求。未來我們會將模擬功能擴充到多個 LabVIEW Real-Time 目標，以利因應未來在測試方面的需求。我們也會使用 NI TestStand 進一步自動化測試執行流程。
Simulink® 是 The MathWorks, Inc. 的註冊商標。
Morten Pedersen
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