藍牙技術對無線通信的影響范文

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無論是國外風電技術發達國家還是我國通過引進、吸收和再創新的國產商業化風電機組，在變槳距機構和主控系統之間的通訊通常采用工業以太網或Canopen總線方式，通訊總線通過信號滑環來實現轉動和非轉動部分的通訊連接，這種信號滑環隨著動力滑環一體吊裝時一次性安裝在傳動軸上。但這種方式面臨幾個問題:(1)滑環磨損導致接觸不良，信號傳輸受干擾;(2)既要傳輸動力電，又要傳輸信號，造成信號傳輸干擾;(3)現在信號種類比較多，要求更加復雜，精密的導電滑環成本較高?；谏鲜鲆蛩乜紤]，我們率先提出利用基于Bluetooth技術的無線通信在風力發電控制系統中的應用方案，并應用在了實際運行的機組當中。此方案既能解決滑環通信故障的問題，還能作為冗余設計考慮?！八{牙(Bluetooth)”是一個開放性的、支持設備短距離通信的無線電技術，也是目前國際上支持范圍最廣泛，功能最豐富且安全的無線通信技術標準。它可以在較小的范圍內，通過無線連接的方式安全、低成本、低功耗的網絡互聯，使得近距離內各種通信設備能夠實現無縫資源共享。

藍牙技術以低成本的近距離無線連接為基礎，采用高速跳頻(FrequencyHopping)和時分多址(TimeDivisionMulti-access—TDMA)等先進技術，為固定與移動設備通信環境建立一個特別連接。以前的藍牙標準是IEEE802．15，工作在2．4GHz頻帶，通道帶寬為lMb/s，異步非對稱連接最高數據速率為723．2kb/s。新的藍牙標準4．0版將過去三種藍牙規格，包括傳統藍牙技術、藍牙低功耗技術及藍牙高速技術等合而為一，支持最高達24Mb/s傳輸速率，有效傳輸距離可達到100m。藍牙技術具有極大的發展空間，其技術的推廣與普及是適應未來通訊領域業務需求的必然趨勢。

可行性分析

經過對風電控制系統的通信子系統的現場調研，其有線的通信大多由信號滑環通信。基于電網的突然掉電、UPS故障屏蔽、滑環磨損短路等安全隱患、滑環維護困難且成本比較高、通訊方式多冗余等諸多因素的考慮，風機控制系統與變槳距機構之間的通訊最終決定采用基于Bluetooth技術的無線通信技術。而HD1．5MW變速變槳永磁直驅風力發電機組的中空軸設計又很好的保證了變槳距部分和主控部分的兩個FLBLUETOOTHAP藍牙接入點通信模塊的點對點通訊質量。系統配置如圖1所示?？梢娫诮嚯x遮擋少的工況下，藍牙通信質量良好。

系統方案設計

由于我們自行研制的HD1．5MW變速變槳永磁直驅風力發電機組包括控制系統具有自主知識產權，軟硬件均具有開放性。其控制系統采用DCS系統，分為塔底主控柜、塔頂控制柜、輪轂變槳系統和人機界面四部分，系統設計可以從控制程序部分進行處理，為基于Bluetooth技術的風力發電控制系統中無線通信系統設計奠定基礎，其詳細設計方案拓撲圖如圖4所示。該套控制系統塔底控制柜和塔頂控制柜之間距離近80m，采用工業以太網通訊總線，而塔頂控制柜和輪轂變槳系統距離較近，而且存在相對旋轉的問題，傳統的有線通訊總線并無明顯的優勢，所以采用了全新的Bluetooth無線通信技術。首先確定選用菲尼克斯基于FLBLUETOOTHAP的一款藍牙ModbusIO接入點通信模塊，該模塊支持:多點通訊;傳感器信號可快速無線集成;Mod-bus-TCP(RJ45);藍牙2．0;同時具有快速響應時間。用其實現現場總線的原有各種功能，同時還添加了冗余保護系統。

該方案進一步優化了網絡和配置，提高了通訊的實時性、準確性，其通訊頻段如圖5所示。

測試結果

基于Bluetooth技術的無線通信在風力發電控制系統中的應用方案已經在龍江風電杜蒙1#風場投入使用，運行情況良好，達到了預期的系統需求和設計要求。通過無線通信完成了以下基本功能。變槳距機構的軸端編碼器、齒圈編碼器、限位開關、伺服驅動器、變槳電機等參數以及安全鏈信號均可通過無線通信模塊傳輸給主控系統進行判斷，而主控系統通過無線通信模塊對變槳距機構可發送變槳角度，變槳速率和加速度等控制命令，實現對變槳系統的控制。無線通信的配置成功具有以下優勢(1)增強通信的可靠性，穩定性;(2)更換方便，減少維護難度和工作量;(3)節省滑環或做冗余考慮;(4)節約成本，具有推廣性。

結語

針對風力發電基于Bluetooth技術的無線通信在風力發電機組控制系統通訊上應用的空白，本文提出的一種解決因各種因素導致的不適合應用有線通信或基于冗余設計考慮的風力發電控制系統的無線通信方案。采用特別為工業應用設計的基于Bluetooth技術的菲尼克斯FLBLUETOOTHAP藍牙接入點無線通信模塊完成了風力發電控制系統的上下位機通信需求，很好的完成了原有的通信功能，解決了風機控制系統中相對旋轉部分之間的通訊這一難題，實現了風機主控制系統與變槳距機構之間的信號傳輸從必須由信號滑環傳遞到基于Blue-tooth技術的無線通信的飛躍。

風力發電控制系統采用無線通信方式來完成風機端各項參數的采集、故障報警、遠程控制等功能，既節約成本、又降低了施工和維護的難度、更提高了自動化信息技術水平，具有很高的應用價值，無線通信在風力發電控制系統中應用的推廣將帶來顯著的經濟和社會效益。

作者：張巖吳光宇單位：哈電發電設備國家工程研究中心有限公司