英國(guó)推出“2030 年全民風(fēng)電”計(jì)劃，即到 2030 年用海上風(fēng)電為全英所有家庭供電。根據(jù)英國(guó)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，一月份某一天風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量達(dá)到了 19,835 兆瓦，足以滿足英格蘭一半以上的供電需求，充分證明了風(fēng)力發(fā)電的巨大潛力。加大可再生能源的投資力度對(duì)全球?qū)崿F(xiàn) 2050 年“凈零排放”目標(biāo)至關(guān)重要。Acteon 集團(tuán)旗下的 Pulse Structural Monitoring 公司受委托為新風(fēng)場(chǎng)中所選的風(fēng)機(jī)塔基提供監(jiān)測(cè)解決方案，整個(gè)解決方案，尤其是在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，使用了大量倍福基于 PC 的控制產(chǎn)品和 EtherCAT 測(cè)量端子模塊。
高速、高精度的數(shù)據(jù)傳輸
是實(shí)現(xiàn)風(fēng)場(chǎng)同步的關(guān)鍵
據(jù) Pulse 稱，英國(guó)在海上電力領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位，其裝機(jī)容量超過其他任何國(guó)家。但由于海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行環(huán)境惡劣，因此需要持續(xù)監(jiān)測(cè)整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。通過持續(xù)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)、葉片和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承載性能，例如，這可以為計(jì)劃內(nèi)維護(hù)和設(shè)計(jì)驗(yàn)證決策提供數(shù)據(jù)支撐，避免意外停工或發(fā)生故障進(jìn)行昂貴的修理。
測(cè)量端子模塊適用于惡劣環(huán)境
風(fēng)機(jī)的環(huán)境負(fù)荷和運(yùn)行負(fù)荷會(huì)影響動(dòng)態(tài)負(fù)載的結(jié)構(gòu)的所有部分。塔基的作用是支持風(fēng)輪發(fā)電機(jī)（WTG）的載荷，提供穩(wěn)定性并吸收額外的載荷。塔基的結(jié)構(gòu)健康被認(rèn)為是自塔頂往下的結(jié)構(gòu)中對(duì)風(fēng)電機(jī)組的性能和支持至關(guān)重要的部分。海上風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)（SHM）系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的腐蝕與動(dòng)態(tài)疲勞應(yīng)力。腐蝕監(jiān)測(cè)雖然是一個(gè)重要的測(cè)量參數(shù)，但其性質(zhì)決定了它對(duì)時(shí)間的要求并不高。相反，疲勞狀態(tài)和模態(tài)特性監(jiān)測(cè)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)最重要的 SHM 技術(shù)之一。
Pulse Structural Monitoring 為全球可再生能源行業(yè)客戶提供配備倍福技術(shù)的基礎(chǔ) SHM 系統(tǒng)。Pulse 使用倍福的各種 I/O 端子模塊集成傳感器，因而能夠確保在整個(gè)結(jié)構(gòu)中進(jìn)行帶時(shí)間戳的數(shù)據(jù)采集。例如，Pulse 采用的 ELM370x 模塊是一款 EtherCAT 模擬量輸入測(cè)量端子模塊。這些 ELM 模塊具有較高的靈敏度和測(cè)量能力，通常用于實(shí)驗(yàn)室，也可以集成到工業(yè)環(huán)境中。此款端子模塊可以測(cè)量 30 多種不同的電氣信號(hào)，是一款異常靈活的測(cè)量模塊，適用于各種傳感器。若要精確確定整個(gè)結(jié)構(gòu)高度的結(jié)構(gòu)整體性，確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率，需要在塔筒自身的四個(gè)層面上都布置測(cè)量點(diǎn)。這意味著需要分布式布署 I/O，可以靠近加速計(jì)和全橋應(yīng)變計(jì)的安裝位置。在塔頂部分，每一層都需要兩個(gè) ELM3704 模塊采集不同的信號(hào)，一個(gè) EK1100 EtherCAT 耦合器用于通信和一個(gè)電源 PS1011 用于供電。它們都是全封閉的，并在規(guī)定的高度上通過磁力吸附在塔壁上，以獲取整個(gè)塔筒的精確數(shù)據(jù)。
在溫度數(shù)據(jù)采集方面，Pulse 使用的是倍福標(biāo)準(zhǔn)的模擬量輸入 RTD EtherCAT 端子模塊 EL3202，它提供的數(shù)據(jù)可以運(yùn)行補(bǔ)償算法。Pulse 在其風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)上使用 EtherCAT 及其分布式時(shí)鐘功能，表明他們致力于實(shí)現(xiàn)高精度監(jiān)測(cè)，并由此實(shí)現(xiàn)同步數(shù)據(jù)。這種同步是分析整體結(jié)構(gòu)重要數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，能夠以精確時(shí)序從沿著結(jié)構(gòu)長(zhǎng)邊、塔頂以及單樁基礎(chǔ)布署的高精度加速計(jì)、應(yīng)變計(jì)和溫度傳感器中采集數(shù)據(jù)。
用于塔筒上面四層的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由 2 個(gè) ELM3704 EtherCAT 端子模塊、1 個(gè) EK1100 EtherCAT 耦合器和 1 個(gè) PS1011 電源組成
同步數(shù)據(jù)通信
在通信方面，Pulse 采用了倍福的 EtherCAT 現(xiàn)場(chǎng)總線，并布署了通過一根電纜實(shí)現(xiàn)供電和通信的 EtherCAT P 技術(shù)。EtherCAT P和EtherCAT/Ethernet 供電（ENP）有助于規(guī)避向塔頂?shù)膫鞲衅骱头植际?I/O 供電困難的普遍問題。EtherCAT P 和 ENP 系統(tǒng)可以通過一根電纜實(shí)現(xiàn)供電和通信，并在整個(gè)結(jié)構(gòu)中采用菊花鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接現(xiàn)場(chǎng)總線。Pulse 甚至還加入 EtherCAT 技術(shù)協(xié)會(huì)，開發(fā)他們自己的海底數(shù)據(jù)管理平臺(tái)和基于 EtherCAT 的 INTEGRIpod-NX2 運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品。
“我們這個(gè)行業(yè)最重要的財(cái)富是數(shù)據(jù)。”Pulse Structural Monitoring 公司解決方案架構(gòu)師 Stephen Harford 解釋道。“EtherCAT 的速度已經(jīng)很快了，這對(duì)于同步和獲取我們所需的數(shù)據(jù)至關(guān)重要。并且 EtherCAT 在每個(gè)層級(jí)都有分布式時(shí)鐘，讓我們能夠采取進(jìn)一步的處理措施并保持完全同步。有了倍福，我們就能夠始終保證技術(shù)品質(zhì)。”
Stephen Harford 也很重視合作伙伴關(guān)系：“倍福還盡一切努力幫助我們控制緊張的風(fēng)場(chǎng)項(xiàng)目進(jìn)度。他們?cè)诿總€(gè)階段都積極為我們提供技術(shù)支持，當(dāng)我們因時(shí)間緊張無法按時(shí)完成項(xiàng)目進(jìn)度時(shí)，他們就會(huì)馬上派人過來給我們培訓(xùn)。因此我們很希望能與倍福能在其它項(xiàng)目上繼續(xù)合作。”
由 Pulse 實(shí)施的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)
基于 TwinCAT 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理
一臺(tái)安裝有 TwinCAT PLC（TC1200）和 Windows 10 IoT 的倍福 CX2062 嵌入式控制器負(fù)責(zé)集中采集傳感器中的所有數(shù)據(jù)。選擇 CX2062 是因?yàn)樗梢造`活地?cái)U(kuò)大內(nèi)存、添加接口和擴(kuò)展數(shù)據(jù)處理能力，可以運(yùn)行 TwinCAT runtime 軟件和 Pulse 公司開發(fā)的數(shù)據(jù)管理和處理應(yīng)用程序。倍福提供了一個(gè)開放的免費(fèi)版 DLL，因而能夠通過 ADS 訪問 TwinCAT 系統(tǒng)內(nèi)的所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。Pulse 既能夠使用這個(gè)開放式平臺(tái)分析數(shù)據(jù)，又能通過該平臺(tái)將數(shù)據(jù)直接發(fā)送到上位 Scada 系統(tǒng)中，為進(jìn)一步了解風(fēng)機(jī)的健康狀況提供數(shù)據(jù)支撐。
倍福英國(guó)分公司產(chǎn)品經(jīng)理 Beth Ragdale 解釋道：“這個(gè)項(xiàng)目最棒的部分在于，我們可以利用我們以前在可再生能源領(lǐng)域的積累工作經(jīng)驗(yàn)，向 Pulse 提供我們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)。我們還提供了從標(biāo)準(zhǔn) I/O 端子模塊到高精度測(cè)量模塊的所有產(chǎn)品，并通過將供電和通信整合于一體的單電纜解決方案幫助 Pulse 簡(jiǎn)化了安裝工作。因此我們對(duì)雙方未來的合作感到非常興奮。”
關(guān)于德國(guó)倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動(dòng)化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國(guó)威爾市。作為全球自動(dòng)化技術(shù)的驅(qū)動(dòng)者，倍福定義了自動(dòng)化領(lǐng)域的許多標(biāo)準(zhǔn)，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定者和推動(dòng)者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場(chǎng)總線模塊、驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和 TwinCAT 自動(dòng)化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個(gè)工控領(lǐng)域提供開放式自動(dòng)化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立 30 多家分支機(jī)構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及 70 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。
倍福于 1997 年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，中國(guó)區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國(guó)內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、半導(dǎo)體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機(jī)械、物流輸送以及樓宇自動(dòng)化等眾多領(lǐng)域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國(guó)國(guó)家推薦性標(biāo)準(zhǔn)，并已入編工信部的《國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動(dòng)型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽(yù)。倍福基于 PC 的控制技術(shù)具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化技術(shù)完美融合在一起，為實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。
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