CAN中继器——风电测试系统通信网络的“灵魂”

行业背景

风力发电是一种被广泛应用的清洁能源发电方式。在各种风能利用方式中，风力发电因其主流地位和在可再生能源领域中的成熟技术，以及具备规模化开发条件和商业化发展前景而备受瞩目。

在谈论风力发电时，我们总会提及风力发电塔这一关键元素。在选择风场时，我们会综合考虑盛行风向、湍流和风速等因素，以确定最佳位置。因此，风力发电塔通常安装在地理位置偏远且地形复杂的地方。

为了有效应对塔内信号传输距离长及信号频繁受到干扰的问题。我们会在设备的两端分别安装CAN转光纤模块，这样可以将传输的CAN信号转换为光信号。这种转换可以实现抗电磁干扰和延长传输距离的目标。通过优化传输介质，我们成功确保了塔内信号通讯的稳定性，为设备的正常运行提供了有力保障。

IXXAT CR-210功能简介

IXXAT CR-210/FO是一款基于CAN网络的光纤中继器，可选F-SMA或ST光纤材质，支持通过多个设备改变CAN网络拓扑结构，可轻松解决现场电磁干扰并达到延长传输距离的目的。

IXXAT CR-210/FO集成了强大的电气隔离能力，确保通过中继器链接的各系统是独立的电气部分，如此一来各个网段可以实现电气解耦。

IXXAT CR-210/FO支持级联，在靠近DIN导轨处预留了级联接口，通过T-BUS可以轻松将两个或多个IXXAT中继器连接，大大降低了布线成本。

IXXAT CR-210/FO的一切相关设置均通过拨码开关来实现，这样的优势是便于现场工程师快速操作，降低部署的时间和出现错误的几率。除了设置由拨码开关控制之外，还可以通过拨码开关快速配置CAN总线终端电阻的使能，这种方式让IXXAT中继器能够适用于更多应用场景。

此外，如果对CAN-FD有需求，我们建议您使用IXXAT CR-110/FO，它不仅仅可以针对CAN网络进行中继，它同时可以用作CAN-FD网络的中继，是首个推出同时针对CAN-FD的CAN中继器。

当然，IXXAT中继器均采用了宽压电源输入，能够接受9~32V的直流输入来驱动其正常工作。为了确保系统的鲁棒性、温度范围和安全性，IXXAT 中继器是专为工业环境使用而设计的。这种设计极大提高了系统的可靠性。

IXXAT CR-210/FO

IXXAT CR-210在风电测试系统中的应用

CAN中继器的主要功能在于实现CAN总线系统中两个或更多网段间的物理耦合，同时能够构建更为丰富的拓扑结构，包括树型和星型拓扑结构。根据收发机的输出能力，可以将CAN系统划分为若干个子系统，并使用CAN中继器进行连接，从而增加了总线节点的最大数量。重要的是，使用中继器不会影响系统的实时行为，因为就传输行为而言，中继器也就相当于网络中的线缆。

目前，主流风电塔的塔高通常在 100-150 米之间，最新型的风塔甚至具有超过170米的高度。为确保塔内结构的稳定性，风塔被分为4至5层，并由底部的钢管混凝土构件部分和上部的薄壁刚桶组成。考虑到如此远的传输距离，普通的CAN线缆无法满足需求。因此，必须采取一种方法来延长传输距离。在此背景下，光纤CAN中继器进入了我们的视线。

IXXAT CAN中继器模块连接示意图

风塔中的每一层有着各种关键的设备，这也意味着往往需要多个CAN中继器将CAN网络分成多个网段进行传输，以便于控制整合整个风电系统。IXXAT CR-210/FO支持级联，可以便于客户组成所需的CAN网络拓扑结构。

另外一个重要的作用是，风电塔内部发电机组和变频器等大功率器件会产生大量的电磁干扰，这可能导致周期性通信中断或采集数据无效等问题。而中继器可以有效地抑制这些电磁干扰，因此，在风电系统中，CAN中继器被广泛应用。

在风电测试系统中，除了风电塔主体外，前方还设有一个测风塔设备。该设备装满了各种传感器，负责采集本地的各种气象数据。此外，测风塔还能模拟各种气象数据，用以测试风电塔的各项性能。

根据下方的示意图，我们可以清楚地看到，无论是风电塔还是测风塔，其内部信号传输主要依赖于CAN信号。如果我们将CAN信号比作风塔的血液，那么CAN中继器无疑就是构建整个血管网络的最关键部分。然而，仅仅具备“血液”和“血管”还不足以支撑这样一个复杂的系统。在它的外围，还需要各种采集设备、诊断设备以及远程访问等功能的支持。更为重要的是，实现CAN信号与其他信号之间的相互转换成为了不可或缺的需求。

风电测试系统内部通讯示意图

更多通讯设备在风电测试系统中的应用

远程访问需求：

通常，位于某一区域内的所有风塔设备都应与该区域的中控系统站点建立网络连接。通过中控系统，可以实时监控整个风塔的运行状态，并在遇到紧急情况时及时采取相应措施。因此，风塔中对CAN网关的需求，尤其是对CAN网关的低时延和稳定性的需求显得尤为重要。

IXXAT CAN@NET NT系列CAN网关具备将CAN网络转换为以太网数据传输的功能，可支持最多16路CAN网络集成到同一以太网网络中。通过OPC UA统一标准化接口，这些数据可实现采集与简单控制。盟通科技提供商用OPC UA软件及软件开发包，帮助客户实现整个区域所有设备的数字孪生，对整个区域的生产规划和灾害预防具有重大作用。

CAN网关连接以太网示意图

诊断维护需求：

每一个风塔都需要技术工程师进行定期的现场诊断维护，风塔中的设备繁多有着各种不同协议的设备。针对不同的协议，盟通科技可以提供不同的解决方案。

根据示意图所示，风电塔的机头控制单元内部采用CAN网络通讯。传统上，现场工程师需要攀爬风电塔的顶端才能进行检修，尽管风电塔内设有电梯等通行方式，但随着风电塔的高度和规模逐渐增大，这种传统方式愈发费时费力。

IXXAT CAN转蓝牙模块可以有效协助现场工程师快速完成检修任务。工程师只需站在风电塔塔底，即可实现与机头控制单元的通讯。该模块的使用可大大降低工程师的劳动强度，提高工作效率，同时确保了通讯的稳定性和可靠性。

综上所述，IXXAT CAN转蓝牙模块在风电塔的检修工作中具有重要的作用，为现场工程师提供了便捷、高效的通讯手段。

目前，先进的风电塔发电机已采用了更为强大的EtherCAT网络。德国倍福在风电领域的应用非常广泛，尤其是其基于PC和EtherCAT控制技术的风力发电机组控制解决方案，全球已有超过100,000台风力发电机正在使用倍福的方案。

当然，采用EtherCAT网络的风电塔也需要进行诊断。盟通科技为此提供了EtherTAP与Acontis EC-Inspector的搭配方案，通过网络拓扑描述文件（Eni file）快速诊断EtherCAT网络。此外，该方案还支持解析离线数据包，通过快照的形式呈现出可能的故障和报错信息。

EC-Inspector对EtherCAT网络诊断架构

正如CAN中继器在塔内信号传输和消除干扰方面发挥的作用，风电塔内的每项技术和设备都承载着整个工业通讯行业的智慧结晶。盟通科技作为工业通讯行业的高新技术企业，专注于工业现场通讯领域。我们与欧洲多家自动化领域的领先企业进行战略合作，为客户提供针对工业自动化、运动控制、机器人、医疗、能源、汽车等领域的各类产品及解决方案。若您对我们的产品或案例感兴趣，欢迎通过下方的联系方式与盟通团队取得联系。