准确快速的数据对于风电场的基本同步至关重要

作者：Pulse Technical Team

英国的目标是到2030年建造足够的风电场，为每个家庭供电。最近的一项记录证明了风力发电的潜力，1月份的一天，风电场发电量为19835兆瓦，足以满足英格兰一半以上的电力需求。增加对可再生能源的投资对于实现2050年净零排放目标至关重要。Pulse Structural Monitoring Ltd是一家Acteon公司，其任务是监测新风电场中选定的涡轮机基础，该解决方案通过使用Beckhoff技术和EtherCAT测量终端提供，尤其是在整个设计过程中。
据Pulse报道，英国已成为海上风能的世界领导者，其装机容量比任何其他国家都多。然而，由于环境原因，海上风电场存在困难，因此对整个风机进行持续监测至关重要。通过持续监测涡轮机、叶片和基础性能，您可以支持计划维护和设计验证的决策，这反过来有助于避免计划外停机期或在发生故障时进行昂贵的维修。

恶劣环境下的测量终端
涡轮机上的环境和操作载荷影响动态加载结构的所有部件。基础的部分作用是支撑风力发电机（WTG）负载，提供稳定性并吸收额外负载。基础的结构健康状况被认为是塔架顶部向下，对风力发电机的性能和支撑性能至关重要。
用于海上风力涡轮机结构的结构健康监测（SHM）系统监测腐蚀和动态疲劳应力的组合。腐蚀监测虽然是一个需要测量的重要参数，但由于其性质，时间不那么关键。相比之下，疲劳和模态财产监测是风力涡轮机结构最重要的SHM技术之一。
Pulse Structural Monitoring正在使用Beckhoff技术为世界各地可再生能源行业的客户提供基础SHM系统。利用Beckhoff广泛的I/O终端进行传感器集成，使Pulse能够确保整个结构的时间戳数据采集。脉冲使用ELM370x模块，该模块是EtherCAT测量范围的模拟输入端子。
由于这些ELM模块的高灵敏度和测量能力，它们通常在实验室中使用，但也可以集成到工业环境中。该终端可以设置为30多种不同类型的电信号，这使其成为一个非常灵活的测量模块，适用于各种传感器。为了准确确定整个结构高度的结构完整性，有助于确保涡轮机的运行效率，塔架本身需要在四个层面上的测量点。这意味着I/O需要分布，以使加速度计和全桥应变计端接在其位置附近。


图1：显示分布式I/O的电路图，用于放置加速计和全桥应变仪，端接在测量位置附近

在顶部，每个级别都需要两个ELM3704模块用于各种信号，一个用于通信的EK1100 EtherCAT耦合器和一个电源PS1011。这些都是完全封闭的，并在规定的高度磁性连接到塔壁上，从而在整个塔上获得准确的数据。
这种同步是对整个结构进行关键分析的关键，从高精度加速度计、应变仪和温度传感器中获取数据，这些数据沿着结构的长度分布，从塔顶到单桩底部，并具有准确的时间。

同步数据通信
Pulse采用了EtherCAT现场总线，并部署了这项技术，通过单根电缆提供了额外的电力和通信优势。EtherCAT P和EtherCAT/带电源以太网（ENP）有助于避免为塔顶的传感器和分布式I/O供电的常见困难。EtherCAT P和ENP系统可以通过单根电缆和菊花链（整个结构中的现场总线）运行电源和通信。
Pulse更进一步成为EtherCAT技术集团的成员，开发自己的海底数据中心和运动监测EtherCAT产品，称为INTEGRIpod-NX2。
Pulse Structural Monitoring的解决方案架构师Stephen Harford解释道：“我们行业最重要的是数据。EtherCAT已经很快了，这对同步和获取我们需要的数据至关重要。但EtherCAT在各个级别都有分布式时钟，这使我们能够更进一步，保持完全同步。有了Beckhoff，技术的质量始终得到保证。”
从Stephen Harford的角度来看，合作关系也很重要：“Beckhoff也尽一切努力帮助我们遵守风电场的紧凑时间表。他们在每个阶段都支持我们，当我们因时间表紧凑而无法完成时，他们会来培训我们。这就是为什么我们很高兴能在其他项目上与Beckhoff成功合作。”


图2：所有组件就位的机柜图像

使用TwinCAT进行数据管理
来自传感器的所有数据都集中在Beckhoff嵌入式控制器、带有TwinCAT PLC（TC1200）的CX2062嵌入式PC和Windows 10 IoT中进行收集。CX2062之所以被选中，是因为它在扩展内存、增加接口和处理能力方面具有灵活性，可以运行TwinCAT运行时软件，以及Pulse开发的数据管理和处理应用。Beckhoff提供了一个免费开放的DLL，可以通过ADS访问TwinCAT系统内的所有实时数据。这个开放平台允许Pulse分析数据，并将其直接发送到更高级别的Scada系统，为涡轮机的健康状况提供关键见解。
Beckhoff UK的产品经理Beth Ragdale解释道：“这个项目有什么了不起的地方。这就是我们如何利用我们以前在可再生能源领域的工作，为Pulse提供我们在这一领域的专业知识。我们还成功地提供了从标准I/O终端到高精度测量模块的所有产品，并在组合电缆中混合了电力和通信，帮助Pulse简化了安装。这就是为什么我们对未来的项目感到兴奋ave在一起。”

https://acteon.com/structural-monitoring/pulse/