基于CANope n协议的变桨系统通讯故障诊断

刘 奇

（东方电气风电股份有限公司，四川 德阳 618000）

引言

CANopen协议自20世纪80年代问世以来，已经成为电梯网络、运动控制、船舶运输、医疗仪器、工程机械等行业的通用标准[1]。随着风电产业的发展，风力发电机组的单机容量屡创新高[2-3]。为适应日趋增大的载荷，变桨系统需具备更快的响应速度。这对变桨系统通讯速率和稳定性提出了更高的要求。CANopen以其传输速率快、稳定性高的优势[4]，成为变桨系统的主流通讯方式。

变桨系统作为风力发电机组控制系统的重要组成部分，具有调节风轮输入功率，气动刹车的功能。变桨系统通讯故障直接影响风电机组的性能和安全。快速定位变桨系统通讯故障原因、恢复变桨系统通讯，可以有效缩短风力发电机组故障停机时间，减少通讯故障带来的经济损失。

1 变桨通讯方案简介

第一代CANopen通讯变桨系统大多采用分布式设计方案，即系统具有独立的控制器、驱动器、充电器、电源模块。变桨系统控制器作为主控控制器的从站，接收主控下发的指令，并将变桨系统的状态信息传递给主控系统；驱动器作为变桨控制器的从站，响应变桨控制器下发的指令，将驱动器状态信息传递给变桨控制器。

随着变桨驱动器相关技术的发展，第二代CANopen通讯变桨系统开始采用集成有控制器、充电器、电源模块功能的驱动器平台进行开发。由于系统取消独立的变桨控制器，变桨驱动器作为从站直接与主控控制器进行信息交互，响应主控下发的指令，上传变桨系统的状态信息。

2 故障诊断及处理

与常见的工控系统相比，风力发电机变桨系统具有通讯线路复杂、工作环境恶劣、安调运维条件差的特性。风力发电机组安装工艺不到位、未按技术要求进行维护都可能导致变桨系统CANopen通讯质量下降、故障率上升。风力发电机安调和维护中，如遇到变桨系统通讯故障，可从以下方面进行排查，快速定位故障原因，缩短故障处理时间。

2.1 接线

变桨系统通讯电缆从变桨控制柜，经通讯滑环，到主控控制柜，其间需由D-sub连接器、重载连接器、防雷模块等进行转接。如在信号转接时，两端信号定义不一致，就会导致变桨系统通讯故障。

如发生变桨系统通讯故障，应检查通讯电缆接线是否与设计图纸一致，排除线缆接线错误引发故障的可能。校线时，拔下主控侧和变桨侧的D-sub连接器，按照设计图纸中信号定义，依次确认信号线是否存在误接、短接、断线的情况。不方便查询图纸的情况下，可按照CIA 102的规定的线缆信号定义进行检查。如表1所示列出了CANopen通讯常用的CIA 102规定的9针D-Sub连接器引脚定义。

表1 CANope n通讯9针D-Sub连接器引脚定义

2.2 终端电阻

变桨系统CANopen通讯采用满足ASO11898-2标准的带有两个终端电阻的线型总线结构。总线两端的终端电阻的主要作用是消除线路中的反射信号，避免信号失真。变桨系统通讯网络中选取的终端电阻阻值为120Ω。当CANopen网络终端电阻阻值不满足要求，可能会导致变桨系统通讯故障。

如发生变桨系统通讯故障，应检查变桨系统终端电阻是否满足要求。检测时，断开通讯电缆D-sub连接器与主控系统和变桨系统的连接，对CAN_H和CAN_L信号线间电阻进行测量，测量值应接近60Ω。若测量阻值偏差较大，则应排查终端电阻是否存在未安装、虚接等情况。

2.3 通讯电缆屏蔽

变桨系统CANopen通讯采用的电缆通常是屏蔽双绞线。与非屏蔽电缆相比，屏蔽双绞线具有抗干扰能力强、传输速率高的特点。为进一步提高变桨系统通讯的抗干扰能力，通常对屏蔽层做接地处理。风力发电机组主控控制柜和变桨控制的接地电阻不同，可能会导致两个接地点电位不同，为防止屏蔽层内形成电流回路，对信号产生干扰，通讯电缆屏蔽层一般进行单端接地。

如发生变桨系统通讯故障，应检查通讯电缆的类型是否为屏蔽双绞线，线缆屏蔽层是否采用单端接地，特别是重载连接器、防雷模块等转接处，屏蔽层是否存在与大地短接的情况。

2.4 通讯滑环

风力发电机组变桨通讯滑环承担变桨与主控间信息中转的任务。滑环的刷针与环道为滑动接触，运行时会产生粉尘。大量的粉尘积累在滑环舱室内时，可能会引起刷针与环道接触不良，影响变桨系统与主控间的通讯质量，造成变桨系统通讯故障。

当风机长时间运行，变桨系统频繁报通讯故障时，应对变桨通信滑环进行检查。如滑环内粉尘较多，需对滑环进行维护。

2.5 参数设置

应用CANopen通讯时，通常需要对总线的波特率、同步周期、PDO的通讯类型进行设置。变桨系统CANopen通讯常用的波特率有500 kbps、250 kbps、125 kbps等；常用的PDO通讯类型有同步传输、异步传输。无论采用何种波特率和传输方式，均需要保证主控和变桨的参数设置一致，否则会引起变桨系统通讯故障。

如发生变桨系统通讯故障，应查看主控系统波特率和通讯方式设置与变桨系统设置是否一致。排除参数设置错误导致变桨系统通讯故障的可能。

3 结语

着重介绍基于CANopen协议的风力发电机组变桨系统通讯方案，通过对变桨系统CANopen通讯质量影响因素进行分析，总结出通讯电缆接线错误、终端电阻阻值不合规、通讯电缆屏蔽层接地不规范、通讯滑环粉尘累积、CANopen通讯参数设置不一致，均会导致变桨系统通讯故障。通过对接线、终端电阻、屏蔽层、通讯滑环、参数设置进行检测，可以迅速定位变桨系统通讯故障原因，缩短风力发电机组停机时间，降低停机造成的经济损失。