2015 年 9 月，在經(jīng)過兩年的施工建設后，荷蘭能源公司 Eneco 的 Luchterduinen 風電場正式投入運行。監(jiān)測位于贊德福特和諾德韋克之間北海沿岸 23 公里處的風力發(fā)電機基礎的訂單交給了 Zensor，它是智能監(jiān)控解決方案的專家。在這套監(jiān)控系統(tǒng)中，一臺倍福的 CX2020 嵌入式控制器負責采集分布在風力發(fā)電機基礎結構中的傳感器中的數(shù)據(jù)并將測得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆浦小?/p>

海上風電產(chǎn)業(yè)正呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的景象；但同時也必須滿足很多具體要求。必須定期檢查和維護風力發(fā)電機組，以確保風機可靠運行，特別是因為它們暴露于極端惡劣的天氣條件和高腐蝕性環(huán)境。然而，派遣一個技術員去現(xiàn)場維修風機不僅非常耗時而且費用也很高。另一個問題是，隨著時間的推移，風機四周的地面會下沉、逐漸塌陷甚至沉沒?！霸谝恍┖Ｉ巷L電場中，風機塔筒的固定通過在海床中打過渡段連接件和單樁結構的方式實現(xiàn)?！盳ensor 公司業(yè)務發(fā)展經(jīng)理 Yves Van Ingelgem 解釋說道?！斑^渡段和單樁結構之間的空隙由一種專門為此應用開發(fā)的混凝土填充。然而，由于風的力量可能會導致混凝土從鋼結構松開，從而造成風機基礎下沉。風機結構中的其它潛在問題可能還有腐蝕、材料疲勞、螺栓及側壁延伸以及混凝土出現(xiàn)裂縫。”

高計算能力，超緊湊設計

Zensor 是一家布魯塞爾自由大學衍生公司，主要經(jīng)營混凝土及鋼結構項目的監(jiān)控系統(tǒng)。該公司最初將重點放在開發(fā)材料疲勞檢測專用的傳感器上；現(xiàn)在，Zensor 提供無所不包的監(jiān)控解決方案，除了傳感器系統(tǒng)外還包括數(shù)據(jù)采集和報告。

公司已經(jīng)在 Luchterduinen 風電場的四臺風機中安裝了約 30 個傳感器。它們不僅監(jiān)測結構本身的各個參數(shù)，而且還可以監(jiān)測基礎結構內的環(huán)境以及通過風電塔動力學間接指示海床水位。CX2020 嵌入式控制器采集所有測得的數(shù)據(jù)、對數(shù)據(jù)進行預處理并通過風電場主輸電線中集成的光纖電纜將壓縮數(shù)據(jù)傳輸?shù)疥懙??！拔覀兂浞掷昧嘶赑C 的控制系統(tǒng)的性能潛力?！盰ves Van Ingelgem 強調道?！捌渌Ｉ巷L電場中使用由 Zensor 專門開發(fā)的 PermaZEN 傳感器來測量鋼基礎結構中的腐蝕情況，需要較高的計算能力?！盳ensor 使用由 Python 編寫并在 PC 上運行的軟件進行計算。

用電壓模式提供腐蝕情況圖片

PermaZEN 傳感器由一系列懸浮在風機基礎結構內不同高度的水位上的電極構成。Zensor 公司產(chǎn)品開發(fā)工程師 Gori Nieubourg 說道：“電壓根據(jù)一個特定的模式在電極和基礎結構側壁之間生成。通過比較這一模式與測得的電壓和電流數(shù)值，我們就能夠獲取有關表面腐蝕情況的圖片。

“通過軟件集成的 PLC 的性能是我們決定選用倍福的主要原因之一。”Gori Nieubourg 陳述道。“有了基于 PC 的自動化系統(tǒng)就無需使用其它硬件，因為 PLC 功能以及可視化及數(shù)據(jù)保存都可以在倍福平臺上實現(xiàn)。倍福平臺所需使用的部件數(shù)量更少且無需使用額外的接口，因此系統(tǒng)更加可靠。風機塔筒高 100 米；借助于 EtherCAT 技術，很容易使用距離更遠的現(xiàn)場總線的“島”將傳感器信號從遠距離傳輸?shù)娇刂破?，而沒有信號損失”。

外設連接無限制

除了控制 PermaZEN 傳感器之外，CX2020 還可以控制和讀出 IntegriZEN— 一個可以根據(jù)電導率測量結果跟蹤混凝土結構當前狀態(tài)的系統(tǒng) —的數(shù)據(jù)。所有相關的系數(shù)，如水分、裂痕大小或結構上壓力的變化都會對電導率產(chǎn)生影響并可以通過監(jiān)控系統(tǒng)及時檢測。此外，基于 PC的控制系統(tǒng)的良好開放性允許連接幾乎任何類型的傳感器或儀器。

“我們正在提供一個模塊化解決方案?！盰ves Van Ingelgem 解釋道?！斑@樣，我們就能夠為每個項目實施理想的應用，不會對 PC 平臺造成任何限制。對于一些測量，我們使用的是通過模擬量或數(shù)字量I/O 或通過 Modbus 連接的標準傳感器。無論我們使用的是簡單的溫度傳感器或一臺掃描海底的聲納儀，僅為每個附加的測量類型添加端子模塊到系統(tǒng)即已足夠。”

具有高采樣率的 XFC 端子模塊確保競爭優(yōu)勢

大部分測得的數(shù)值都通過 24 位模擬量 I/O 端子模塊 EL3602 讀取。“Zensor 使用的是集成有超采樣技術的 XFC 端子模塊，它們的采樣頻率高達 100 kHz。這些端子模塊的性能達到了高端測量技術應用的水平，這在 PLC 領域并不是一個典型供應的性能。”Gori Nieubourg強調道。“測得的數(shù)值的讀取分辨率加上高采樣速率是提升我們解決方案競爭優(yōu)勢的重要因素。另外一個優(yōu)勢是，倍福在一個符合工業(yè)應用所需的所有魯棒性的標準自動化系統(tǒng)中提供這一性能。此外，PLC軟件在基于 PC 的硬件上運行的特點對我們來說也是我們選用倍福的重要原因之一：在 PLC 側，我們擁有 I/O 和 XFC 端子模塊的高度靈活性。在 PC 側，我們使用計算能力來過濾過程數(shù)據(jù)、執(zhí)行頻率分析，并比較測得的數(shù)值與預定義的閾值?！?/p>

早期檢測潛在問題，最大化可用性

然而，Zensor 安裝的監(jiān)控解決方案不僅是風機中的設備：所有測得的數(shù)值都在 CX 中壓縮并通過光纖電纜傳輸給陸地上的服務器。在那里有一個云解決方案，風電場運營商可以使用它來監(jiān)控系統(tǒng)。所有測得的數(shù)值都可以實時追溯；趨勢和偏差通過圖表說明。除此之外，Zensor還可以專門分析可用的數(shù)據(jù)，以便回答關于風機結構相關的特定問題，這樣就可以在需要時定期檢查和確定預防措施。

“有時會因為海上天氣條件的變化而無法靠近海上風機，因此無法快速解決問題?！盰ves Van Ingelgem 補充說道。“但我們可以在早期檢測出可能出現(xiàn)的問題，以便讓客戶提前準備和計劃好，在最合適的時間去進行維護或維修工作?！币虼耍芗谋O(jiān)控也有助于節(jié)省成本，保證風機的最大可用性。