高速、高精度的數(shù)據(jù)傳輸是實現(xiàn)風電場的同步的關(guān)鍵
英國推出"2030 年全民風電"計劃，即到 2030 年用海上風電為全英所有家庭供電。根據(jù)英國的電網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，一月份某一天風電場的發(fā)電量達到了 19,835 兆瓦，足以滿足英格蘭一半以上的供電需求，充分證明了風力發(fā)電的巨大潛力。加大可再生能源的投資力度對全球?qū)崿F(xiàn) 2050 年"凈零排放"目標至關(guān)重要。Acteon 集團旗下的 Pulse Structural Monitoring 公司受委托為新風電場中所選的風機基礎(chǔ)提供監(jiān)測解決方案，整個解決方案，尤其是在整個設(shè)計過程中，使用了大量倍福基于 PC 的控制產(chǎn)品和 EtherCAT 測量端子模塊。
據(jù) Pulse 稱，英國在海上電力領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位，其裝機容量超過其他任何國家。但由于海上風電場風力發(fā)電機組運行環(huán)境惡劣，因此需要持續(xù)監(jiān)測整個風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)。通過持續(xù)監(jiān)測風機、葉片和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承載性能，例如，這可以為計劃內(nèi)維護和設(shè)計驗證決策提供數(shù)據(jù)支撐，避免意外停工或發(fā)生故障進行昂貴的修理。
測量端子模塊適用于惡劣環(huán)境
風機的環(huán)境負荷和運行負荷會影響動態(tài)負載的結(jié)構(gòu)的所有部分。塔基部分的作用是支持風輪發(fā)電機（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)健康被認為是自塔頂往下的結(jié)構(gòu)中對風電機組的性能和支持至關(guān)重要的部分。海上風機結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（SHM）系統(tǒng)可以監(jiān)測風機基礎(chǔ)的腐蝕與動態(tài)疲勞應(yīng)力。腐蝕監(jiān)測雖然是一個重要的測量參數(shù)，但其性質(zhì)決定了它對時間的要求并不高。相比之下，疲勞狀態(tài)和模態(tài)特性監(jiān)測是風力發(fā)電機組結(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結(jié)構(gòu)中進行帶時間戳的數(shù)據(jù)采集。例如，Pulse 采用的 ELM370x 模塊是一款 EtherCAT 模擬量輸入測量端子模塊。這些 ELM 模塊具有較高的靈敏度和測量能力，通常用于實驗室，也可以集成到工業(yè)環(huán)境中。此款端子模塊可以測量 30 多種不同的電氣信號，是一款異常靈活的測量模塊，適用于各種傳感器。若要精確確定整個結(jié)構(gòu)高度的結(jié)構(gòu)整體性，確保風力發(fā)電機組的運行效率，需要在塔筒自身的四個層面上都布置測量點。這意味著需要分布式布署 I/O，使其可以靠近加速計和全橋應(yīng)變計的安裝位置。在塔頂部分，每一層都需要兩個 ELM3704 模塊采集不同的信號，一個 用于通信的 EK1100 EtherCAT 耦合器和一個用于供電的 PS1011 電源。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 使用的是倍福標準的模擬量輸入 RTD EtherCAT 端子模塊 EL3202，它提供的數(shù)據(jù)可以運行補償算法。Pulse 在其風力發(fā)電機組基礎(chǔ)上使用 EtherCAT 及其分布式時鐘功能，表明他們致力于實現(xiàn)高精度監(jiān)測，并由此實現(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，能夠以精確時序從沿著結(jié)構(gòu)長邊、塔頂以及單樁基礎(chǔ)布署的高精度加速計、應(yīng)變計和溫度傳感器中采集數(shù)據(jù)。
同步數(shù)據(jù)通信
在通信方面，Pulse 采用了倍福的 EtherCAT 現(xiàn)場總線，并布署了通過一根電纜實現(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現(xiàn)供電和通信，并在整個結(jié)構(gòu)中采用菊花鏈拓撲結(jié)構(gòu)連接現(xiàn)場總線。Pulse 甚至還加入 EtherCAT 技術(shù)協(xié)會，開發(fā)他們自己的海底數(shù)據(jù)管理平臺和基于 EtherCAT 的 INTEGRIpod-NX2 運動監(jiān)測產(chǎn)品。
"我們這個行業(yè)最重要的財富是數(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 在每個層級都有分布式時鐘，讓我們能夠采取進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電場項目進度。他們在每個階段都積極為我們提供技術(shù)支持，當我們因時間緊張無法按時完成項目進度時，他們就會馬上派人過來給我們培訓。因此我們很希望能與倍福能在其它項目上繼續(xù)合作。"
控制柜內(nèi)配備 CX2000 嵌入式控制器和直接插接的 ELM 系列測量端子模塊（圖片中心）、CU8130 UPS（左上）以及 PS2000 電源（右上）
基于 TwinCAT 實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理
一臺安裝有 TwinCAT PLC（TC1200）和 Windows 10 IoT 的倍福 CX2062 嵌入式控制器負責集中采集傳感器中的所有數(shù)據(jù)。選擇 CX2062 是因為它可以靈活地擴大內(nèi)存、添加接口和擴展數(shù)據(jù)處理能力，可以運行 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。倍福提供了一個開放的免費版 DLL，因而能夠通過 ADS 訪問 TwinCAT 系統(tǒng)內(nèi)的所有實時數(shù)據(jù)。Pulse 既能夠使用這個開放式平臺分析數(shù)據(jù)，又能通過該平臺將數(shù)據(jù)直接發(fā)送到上位 Scada 系統(tǒng)中，為進一步了解風機的健康狀況提供數(shù)據(jù)支撐。
倍福英國分公司產(chǎn)品經(jīng)理 Beth Ragdale 解釋道："這個項目最棒的部分在于，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，向 Pulse 提供我們在這個領(lǐng)域的專業(yè)知識。我們還提供了從標準 I/O 端子模塊到高精度測量模塊的所有產(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 簡化了安裝工作。因此我們對雙方未來的合作感到非常興奮。"
