一种跨国产ARM和MIPSCPU体系架构的风电机组控制系统的制作方法

一种跨国产arm和mips cpu体系架构的风电机组控制系统
技术领域
1.本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种跨国产arm和mips cpu体系架构的风电机组控制系统。


背景技术：

2.风电机组电控系统对风电机组进行实时控制，同时负责指令接收与数据上传。可实现风电机组的数据采集与交换、逻辑计算、动作执行、人机交互、变桨、偏航、故障报警和保护、电网故障穿越、一次调频等功能。
3.在风机控制系统方面，目前国内在役的风电机组约50％的机基于用旧版本windows操作系统，20％基于linux操作系统，这些系统绝大部分为普通民用消费产品，没有进行系统加固，存在大量的网络安全漏洞，由于风电机组均为局域网组网，因此系统重要的安全补丁和稳定更新无法联网获取，尤其是基于windows内核的操作系统，大部分早已经停产或停止支持。
4.现有相关技术方案为基于单一cpu体系架构的风电机组控制系统。该风机控制系统主要由一台基于单一cpu体系架构(如x86)的plc控制器、机舱和塔底io从站、网关模块、光纤网交换机和变桨、变流器、智能电表、机舱和塔底触摸屏等器件构成。plc控制器作为控制系统核心，运行风机控制系统程序，通过ethercat通讯协议连接io从站。io从站分布在塔底和机舱两个部分，可配置不同类型的输入输出模块，实现不同传感器及执行器的接入。机舱和塔底两部分通过光纤交换机来实现通讯信息交换。主控制器与变桨、变流器之间通过canopen协议实现通讯。
5.现有风电机组控制系统中，cpu和体系架构决定了控制系统的搭建环境和运行生态。目前风机控制系统的cpu和体系架构大多依赖于国外，且壁垒性较强，绝大多数只能支持和适应单一cpu和单一体系架构，技术支撑来源单一，一旦此种cpu或体系架构停产或停止技术支持，则该类风机控制系统在安全性和稳定性方面存在极大的风险。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种跨国产arm和mips cpu体系架构的风电机组控制系统，可以支持不同cpu体系架构的风电机组控制系统，该系统采用主从式、双cpu处理器体系结构，包括支持国产arm和mips体系架构的双cpu，以及与主控制器相连的各控制系统部件，进而解决单一cpu和单一体系架构存在的风机控制系统在安全性和稳定性方面的风险。
7.本发明提供了一种跨国产arm和mips cpu体系架构的风电机组控制系统，所述风电机组控制系统用于对风电机组进行实时控制，同时负责指令接收与数据上传，并执行风电机组的数据采集与交换、逻辑计算、动作执行、人机交互、变桨、偏航、故障报警和保护、电网故障穿越、一次调频任务；
8.所述风电机组控制系统采用双cpu架构，包括主cpu及从cpu；其中，所述主cpu基于国产arm架构，负责主控功能，用于运行工控plc程序实现对整个设备进行监控和管理调度；
9.所述从cpu基于国产mips架构，负责智能控制，用以实现包括网络通讯，远程访问，高级语言编程，人机交互界面，优化算法在内的高级功能；
10.所述主cpu与从cpu之间通过双口ram连接，用于双cpu的快速数据通信，以保障各自的工作节拍不发生干扰；所述主cpu端设有以太网接口，用于数据的远程传输。
11.进一步地，所述从cpu的数据组织，采取地址映射的方式，将各总线仪表读取数据重新组织，根据映射关系，分配到双口ram中，所述主cpu根据双口ram中地址区域的划分，读取相应modbus功能码对应寄存器的内容；整个地址映射过程由上位机配置软件完成，映射关系固化于相应cpu的flash存储器中，当总线上的仪表需要变动时，重新配置。
12.借由上述方案，通过跨国产arm和mips cpu体系架构的风电机组控制系统，具有如下技术效果：
13.1)该风电机组控制系统采用两种国产cpu体系架构，有效防范和抵御了病毒入侵的风险，提高了风电机组控制系统的安全性和可靠性。
14.2)该风电主控系统将整个控制功能部分依据基本控制功能和高级控制功能划分为主控和智能控制两部分，每个cpu驱动运转其中一个控制部分，协同完成实现风电主控系统所有的控制功能。该设计优化了资源合理配置，提高了风电主控系统的运转效率，进而提高了风电主控系统的先进性能和可靠性能。
15.3)两种cpu能分别发挥自身优势，融合了两种国产cpu具备的开源性高、自主性强、性能高、体积小、功能扩展灵活的特点，协同运转工作，提高了风电机组控制系统的运行效率。
16.4)该风电主控系统在满足实时性的同时运行高级算法，通用操作系统运行自寻优化算法，机组通过算法实现环境自适应优化运行能力，能有效提升单台机组发电效率。
17.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
18.图1是本发明跨国产arm和mips cpu体系架构的风电机组控制系统的结构框图。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
20.参图1所示，本实施例提供了一种跨国产arm和mips cpu体系架构的风电机组控制系统，该风电机组控制系统对风电机组进行实时控制，同时负责指令接收与数据上传。可实现风电机组的数据采集与交换、逻辑计算、动作执行、人机交互、变桨、偏航、故障报警和保护、电网故障穿越、一次调频等功能。
21.该风电机组控制系统采用双cpu架构，其中主cpu是基于国产arm架构，负责主控功能，用于运行工控plc程序实现对整个设备进行监控和管理调度，从cpu是基于国产mips架构，负责智能控制，来实现网络通讯，远程访问，高级语言编程，人机交互界面，优化算法等高级功能。总体上看，从cpu可以看作传统意义上单一cpu体系架构的主cpu的一个智能处理单元，双方各尽其责，保证了系统的工作效率和数据通信的实时性与吞吐量.两者之间通过
双口ram连接，完成双cpu的快速数据通信，保障各自的工作节拍不发生干扰。并且主cpu端设计有以太网接口，实现数据的远程传输。
22.对于从cpu的数据组织，采取地址映射的方式，将各总线仪表读取数据重新组织，根据映射关系，分配到双口ram中，而主cpu可以根据双口ram中地址区域的划分，读取相应modbus功能码对应寄存器的内容。整个地址映射过程由上位机配置软件完成，映射关系固化于相应cpu的flash存储器中，当总线上的仪表需要变动时，可以重新配置。这些对于用户完全开放，用户可以进行灵活操作。
23.该跨国产arm和mips cpu体系架构的风电机组控制系统，具有如下技术效果：
24.1)该风电机组控制系统采用两种国产cpu体系架构，有效防范和抵御了病毒入侵的风险，提高了风电机组控制系统的安全性和可靠性。
25.2)该风电主控系统将整个控制功能部分依据基本控制功能和高级控制功能划分为主控和智能控制两部分，每个cpu驱动运转其中一个控制部分，协同完成实现风电主控系统所有的控制功能。该设计优化了资源合理配置，提高了风电主控系统的运转效率，进而提高了风电主控系统的先进性能和可靠性能。
26.3)两种cpu能分别发挥自身优势，融合了两种国产cpu具备的开源性高、自主性强、性能高、体积小、功能扩展灵活的特点，协同运转工作，提高了风电机组控制系统的运行效率。
27.4)该风电主控系统在满足实时性的同时运行高级算法，通用操作系统运行自寻优化算法，机组通过算法实现环境自适应优化运行能力，能有效提升单台机组发电效率。
28.以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种跨国产arm和mips cpu体系架构的风电机组控制系统，其特征在于，所述风电机组控制系统用于对风电机组进行实时控制，同时负责指令接收与数据上传，并执行风电机组的数据采集与交换、逻辑计算、动作执行、人机交互、变桨、偏航、故障报警和保护、电网故障穿越、一次调频任务；所述风电机组控制系统采用双cpu架构，包括主cpu及从cpu；其中，所述主cpu基于国产arm架构，负责主控功能，用于运行工控plc程序实现对整个设备进行监控和管理调度；所述从cpu基于国产mips架构，负责智能控制，用以实现包括网络通讯，远程访问，高级语言编程，人机交互界面，优化算法在内的高级功能；所述主cpu与从cpu之间通过双口ram连接，用于双cpu的快速数据通信，以保障各自的工作节拍不发生干扰；所述主cpu端设有以太网接口，用于数据的远程传输。2.根据权利要求1所述的跨国产arm和mips cpu体系架构的风电机组控制系统，其特征在于，所述从cpu的数据组织，采取地址映射的方式，将各总线仪表读取数据重新组织，根据映射关系，分配到双口ram中，所述主cpu根据双口ram中地址区域的划分，读取相应modbus功能码对应寄存器的内容；整个地址映射过程由上位机配置软件完成，映射关系固化于相应cpu的flash存储器中，当总线上的仪表需要变动时，重新配置。

技术总结
本发明涉及一种跨国产ARM和MIPS CPU体系架构的风电机组控制系统，采用双CPU架构，包括主CPU及从CPU；其中，所述主CPU基于国产ARM架构，负责主控功能，用于运行工控PLC程序实现对整个设备进行监控和管理调度；所述从CPU基于国产MIPS架构，负责智能控制，用以实现包括网络通讯，远程访问，高级语言编程，人机交互界面，优化算法在内的高级功能；所述主CPU与从CPU之间通过双口RAM连接，用于双CPU的快速数据通信，以保障各自的工作节拍不发生干扰；所述主CPU端设有以太网接口，用于数据的远程传输。本发明能够提高风电机组控制系统的安全性和可靠性，提高风电主控系统的运转效率。提高风电主控系统的运转效率。提高风电主控系统的运转效率。


技术研发人员：张家铭 高伟 郭鹏 赖如辉 刘洋广 郭强
受保护的技术使用者：中国大唐集团科学技术研究总院有限公司
技术研发日：2022.11.29
技术公布日：2023/6/27