Met een open en krachtige real-time controller van Weidmüller op basis van twee processorkernen, plus een toepassingsspecifieke softwarebibliotheek, versnelt Solutions 4 Energy GmbHaanzienlijk de engineering- en opstartprocessen voor haar windturbines. Een gecoördineerde, modulaire en schaalbare visualisatieoplossing met Cloud-kenmerken maakt het bedienen van windturbines tot een absolute must.
Solutions 4 Energy GmbH, kortweg S4E, is een ambitieuze, innovatieve fabrikant en adviseur die actief is in de sector van de hernieuwbare energieën, met name in het segment van de onshore en offshore windenergie. "Om de installatie en opstart van haar windenergie-installaties efficiënter te maken, is S4E een strategisch partnerschap aangegaan met Weidmüller", meldt Thomas Schubert, de Managing Director van Solutions 4 Energy GmbH. De verbintenis omvat alle automatiseringstechnologie, inclusief twee kant-en-klare panelen - één voor zowel de boven- als de onderkast. De panelen worden gepland, gemonteerd en getest bij Weidmüller, zodat ze gebruiksklaar worden geleverd.
"Toen we voor het eerst een samenwerking aangingen, werkten we samen aan de ontwikkeling van een uitgebreide vereistencatalogus waarin Weidmüller haar oplossingen heeft verwerkt", voegt Thomas Schubert toe.
De vereistencatalogus vormde de basis voor de selectie van onze partner en zijn oplossingen:
"Toen we samenwerkten om de vereistencatalogus op te stellen, waren we in staat om de ervaring die we eerder hadden opgedaan in tal van andere projecten te verwerken", legt Marc Liebert, Wind Industry Development Manager bij Weidmüller, uit.
PC-based controlemechanisme van Weidmüller als open en individuele oplossing
"Een robuuste, krachtige controller met twee processorkernen, het RTLinux-besturingssysteem voor communicatie- en visualisatietaken en eCos als realtimebesturingssysteem zijn de belangrijkste onderdelen van de turbines. Op de innovatieve controller is de IEC 61131-norm verantwoordelijk voor deterministische processen - d.w.z. extreem korte, nauwkeurig gedefinieerde cyclustijden. De controller is klaar voor het IoT, en de architectuur ervan maakt ook de implementatie van twee "trusted zones" mogelijk. "Het systeem is ontworpen om robuust en betrouwbaar te zijn voor gebruik onder zware bedrijfsomstandigheden - het is bestand tegen extreme kou, hitte en trillingen", vervolgt de heer Liebert.
Een van de vereisten van S4E was dat de gemaakte simulatie- en reguleringsmodellen eenvoudig over te dragen moesten zijn aan de controller. Simulink werd gebruikt als engineering tool, evenals andere oplossingen. Het is een blokschema-omgeving voor multi-domein simulatie. De tool ondersteunt de ontwerp- en simulatieprocessen op systeemniveau en maakt het mogelijk om automatisch codes te genereren en het systeem continu te testen en te verifiëren. Simulink is geïntegreerd in het MATLAB-platform van MathWorks, zodat MATLAB-algoritmen eenvoudig kunnen worden opgenomen in simulatiemodellen, geanalyseerd en verder verwerkt. De MATLAB / Simulink modellen kunnen eenvoudig worden overgezet naar de Weidmüller controller, waar ze in real-time draaien.
"Wij van Solutions 4 Energy vertrouwen op het Zenon SCADA-systeem van COPA-DATA, dat beschikt over schaalbare functionaliteit en prestaties, om de werking van het windpark te beheren. Het systeem ondersteunt ook de integratie van controllers van verschillende fabrikanten en beschikt over alle noodzakelijke communicatieprotocollen zoals IEC 61850 of IEC 61870. De gegevens worden op afstand benaderd via een beveiligde VPN-verbinding en/of met behulp van een Cloud-oplossing", legt de heer Liebert uit. In het getoonde voorbeeld maakt Weidmüller gebruik van de Microsoft Azure Cloud, waarin zenon Runtime is geïnstalleerd en de visualisatie van elke installatie wereldwijd beschikbaar is. Een belangrijk punt in dit verband tijdens de systeemselectie was ook de vrije keuze van de Cloud, zodat er geen afhankelijkheid van een bepaalde fabrikant zou zijn.
Voor de automatisering van windturbines (WT) biedt Weidmüller een speciale windbibliotheek met kant-en-klare functionele modules, die ongeveer 80% van de functies van moderne windturbines afdekken. De beschikbare modules omvatten die voor de snelle en eenvoudige implementatie van systeemfuncties, pitch- en gondelbesturing, torenfuncties, conditiemonitoring en een breed scala aan fysieke functies. De gebruiker kan deze modules naar believen met elkaar combineren en indien nodig zelfs aanpassen en zo individueel aanpassen aan zijn eigen specifieke hardware of taken. De bescherming van de knowhow is in dit verband een gegeven.
Zelfs toen het de windbibliotheek voor het eerst gebruikte, was Solutions 4 Energy in staat om ongeveer 70% van de functies direct te implementeren met modules uit de bibliotheek. De bibliotheek is gecreëerd door Solutions 4 Energy in overeenstemming met de procedurele specificaties. De overige modules zijn ondertussen aangepast of geherprogrammeerd en geïmplementeerd in nauwe samenwerking met Weidmüller.
"Wij bij Weidmüller hebben een zeer goed uitgeruste toepassingsruimte voor windenergie-automatiseringsoplossingen, waar alle geprogrammeerde functies op echte modules op de proef worden gesteld voordat ze worden geleverd. Klanten kunnen er dus zeker van zijn dat de installatie ook tijdens het gebruik foutloos werkt", legt de heer Liebert uit.
Permanente communicatie
Een essentiële eis die van de nieuwe oplossing werd verwacht, was dat deze een open communicatie moest garanderen, zodat componenten van verschillende aanbieders gemakkelijk met elkaar konden worden verbonden. Dit houdt in dat de veiligheidsbesturing bijvoorbeeld een betrouwbare gegevensuitwisseling via PROFINET uitvoert. Extra uitbreidingen kunnen eenvoudig worden opgenomen via de bijbehorende modules van het I/O-systeem u-remote. Veldapparatuur zoals windsnelheids- en windrichtingsindicatoren, trillingssensoren en de absolute waardencoders voor de registratie van de positie van de gondel en het toonhoogtesysteem worden eenvoudig aangesloten op de daarvoor bestemde u-remote-modules en zijn dus geïntegreerd in het Weidmüller-besturingssysteem.
De panelen in de gondel en de torenbasis zijn via schakelaars met elkaar verbonden. De schakelaar in de torenbasis voorziet niet alleen de hoofdcontroller van gegevens, maar ook het SCADA-systeem. Alle communicatie tussen de componenten vindt plaats via PROFINET en u-remote, en dit geldt ook voor een multifunctioneel meetinstrument van Bender dat zich in de basis van de toren bevindt. Het meetinstrument registreert alle belangrijke elektrische variabelen (stromen, spanningen, frequentie, uitgangen, enz.) en brengt ze over naar het SCADA-systeem voor evaluatie- en archiveringsdoeleinden. Een router met een geïntegreerde 3G/UMTS-modem verbindt de windturbine met de controlekamer.
Succesvolle uitvoering
"We hebben ons eerste gezamenlijke project succesvol geïmplementeerd en als team verbonden met de nieuwe automatiseringsoplossing", melden de heer Schubert en de heer Liebert samen. Solutions 4 Energy was in staat om de verworven knowhow succesvol te integreren en direct toe te passen op grote delen van het projectplanningsproces. Het bibliotheekconcept ondersteunde dit proces en maakte een handig, herhaald gebruik van de besturings- of visualisatiefuncties mogelijk. Nieuwe projecten en andere toepassingen kunnen snel en eenvoudig worden geïmplementeerd door eenvoudigweg de bibliotheekmodules te kopiëren. "We zijn er zeker van dat er in de toekomst nog veel meer gezamenlijke projecten zullen komen", zegt Thomas Schubert, Managing Director van Solutions 4 Energy GmbH.