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”目標至關重要。Acteon 集團旗下的 Pulse Structural Monitoring 公司受委托為新風場中所選的風機塔基提供監(jiān)測解決方案，整個解決方案，尤其是在整個設計過程中，使用了大量倍?；?PC 的控制產(chǎn)品和 EtherCAT 測量端子模塊。
高速、高精度的數(shù)據(jù)傳輸
是實現(xiàn)風場同步的關鍵
據(jù) Pulse 稱，英國在海上電力領域處于世界領先地位，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、葉片和基礎結(jié)構承載性能，例如，這可以為計劃內(nèi)維護和設計驗證決策提供數(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)構的所有部分。塔基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)構健康被認為是自塔頂往下的結(jié)構中對風電機組的性能和支持至關重要的部分。海上風電機組結(jié)構的結(jié)構健康監(jiān)測（SHM）系統(tǒng)可以監(jiān)測風機基礎的腐蝕與動態(tài)疲勞應力。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。相反，疲勞狀態(tài)和模態(tài)特性監(jiān)測是風力發(fā)電機組結(jié)構最重要的 SHM 技術之一。
Pulse Structural Monitoring 為全球可再生能源行業(yè)客戶提供配備倍福技術的基礎 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)構高度的結(jié)構整體性，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，可以靠近加速計和全橋應變計的安裝位置。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 EK1100 EtherCAT 耦合器用于通信和一個電源 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)構重要數(shù)據(jù)的關鍵，能夠以精確時序從沿著結(jié)構長邊、塔頂以及單樁基礎布署的高精度加速計、應變計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 ELM3704 EtherCAT 端子模塊、1 個 EK1100 EtherCAT 耦合器和 1 個 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。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)構中采用菊花鏈拓撲結(jié)構連接現(xiàn)場總線。Pulse 甚至還加入 EtherCAT 技術協(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品質(zhì)。”
Stephen Harford 也很重視合作伙伴關系：“倍福還盡一切努力幫助我們控制緊張的風場項目進度。他們在每個階段都積極為我們提供技術支持，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。”
由 Pulse 實施的監(jiān)測系統(tǒng)基本結(jié)構
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域的積累工作經(jīng)驗，向 Pulse 提供我們在這個領域的專業(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。”
關于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動產(chǎn)品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領域提供開放式自動化系統(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立 30 多家分支機構，加上全球的合作伙伴，業(yè)務遍及 70 多個國家和地區(qū)。
倍福于 1997 年進入中國市場，中國區(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，辦事處遍及國內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應用于風力發(fā)電、半導體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設指南》。作為一家技術驅(qū)動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽。倍?；?PC 的控制技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術完美融合在一起，為實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術基礎。
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