Automatizálja szélenergia-létesítményeit egyszerű, hatékony, méretezhető, moduláris, nyitott és rugalmas módon egy integrált rendszerrel.

A Solutions 4 Energy GmbH a Weidmüller nyílt, nagy teljesítményű, kétmagos processzorral működő és alkalmazásspecifikus szoftverkönyvtárral támogatott valós idejű vezérlőjével jelentősen felgyorsította a szélturbinák tervezésének és beindításának folyamatát. Ez a koordinált, moduláris és skálázható megjelenítési megoldás felhőalapú funkciókat is kínál, így a szélturbinák üzemeltetése szinte gyerekjáték.

Az S4E néven is ismert Solutions 4 Energy GmbH ambiciózus, innovatív gyártóként és tanácsadóként működik a megújuló energia területén, különösen a szárazföldi és a tengeri szélenergia-termelésben. „Az S4E szerette volna hatékonyabbá tenni a szélenergia-létesítmények telepítésének és üzembe helyezésének folyamatát, ehhez választotta stratégiai partneréül a Weidmüllert” – magyarázza Thomas Schubert, a Solutions 4 Energy GmbH ügyvezető igazgatója. A közös munka minden automatizálási technológiára kiterjed, amelyhez két használatra kész berendezés is tartozik – egy-egy a felső és az alsó dobozhoz. A berendezéseket a Weidmüllernél tervezik, szerelik össze és tesztelik, és használatra készen szállítják le.

„A partneri megállapodás megkötése után közösen kidolgoztunk egy átfogó követelménykatalógust, amelybe a Weidmüller bevitte saját megoldásait” – teszi hozzá Thomas Schubert.

A követelménykatalógus alapján válogattuk össze a partnereket és a megoldásokat:

• Nyílt hardver, szoftver és kommunikáció a különböző gyártók kipróbált és bevizsgált rendszerkomponenseinek egyszerű, különböző buszrendszereken és protokollokon keresztül történő integrálása érdekében
• Skálázható teljesítmény és funkciók annak érdekében, hogy a különböző szélenergia-létesítményeket egy és ugyanazon rendszerrel lehessen megvalósítani
• Nyílt, webalapú SCADA rendszer az összes vonatkozó gyártási adat, riasztás és előzményadat megjelenítéséhez. Lehetővé kell tenni, hogy a rendszer releváns jelentéseket tudjon készíteni a különféle ügyfelek számára. A komponenseknek természetesen meg kell felelniük a szélturbinákra vonatkozó tanúsítási követelményeknek
• A tanúsított berendezések kiszállítása a felső és az alsó dobozokhoz

„Amikor együtt dolgoztunk a követelménykatalógus kidolgozásán, be tudtuk építeni számos más korábbi projekt során megszerzett tapasztalatunkat” – magyarázza Marc Liebert, a Weidmüller szélerőmű-fejlesztési menedzsere.

A Weidmüller PC-alapú vezérlője: nyílt és egyedi megoldás

„A turbinák a következő főbb elemeket tartalmazzák: egy robusztus, nagy teljesítményű, kétmagos processzorral működő vezérlő, a kommunikációs és a megjelenítési feladatokért felelős RTLinux operációs rendszer, valamint a valós idejű operációs rendszerként használt eCos. Az innovatív vezérlőn a determinisztikus folyamatok az IEC 61131 szabvány előírásait követik – azaz rendkívül rövid, pontosan meghatározott ciklusidőket használnak. A vezérlő IoT-kompatibilis, architektúrája két „megbízható zóna” megvalósítását is lehetővé teszi. „A rendszert úgy tervezték, hogy szélsőséges üzemi körülmények között is rugalmasan és megbízhatóan működjön – képes ellenállni az extrém hideg és meleg időjárásnak, valamint a rezgéseknek” – magyarázza Liebert úr.

Az S4E terén felmerült egyik követelmény az volt, hogy a létrehozott szimulációs és szabályozási modelleket könnyen át lehessen adni a vezérlőnek. A tervezéshez más eszközök mellett a Simulink megoldást használták, amely egy többtartományos szimulációkhoz készült tömbvázlatos környezet. Az eszköz rendszerszinten támogatja a tervezési és a szimulációs folyamatokat, és lehetővé teszi az automatikus kódgenerálást, valamint a folyamatos tesztelést és ellenőrzést. A Simulink beépül a MathWorks MATLAB platformjába, így a MATLAB algoritmusok könnyedén beilleszthetők a szimulációs modellekbe, valamint elemezhetők és feldolgozhatók. A MATLAB/Simulink modellek egyszerűen továbbíthatók a Weidmüller vezérlőjére, ahol valós időben futtathatók.

„A Solutions 4 Energy a COPA-DATA zenon SCADA rendszerét használja a szélerőmű-park üzemeltetésére, mivel ez a megoldás a teljesítmény és a funkcionalitás terén egyaránt kiválóan skálázható. A rendszer több gyártó vezérlőinek integrációját is támogatja, és megvan benne minden szükséges kommunikációs protokoll, például az IEC 61850 vagy az IEC 61870. Az adatok távolról, biztonságos VPN-kapcsolaton keresztül, és/vagy bármilyen felhőalapú megoldás segítségével elérhetők” – mutat rá Liebert úr. A bemutatott példában a Weidmüller a Microsoft Azure-t használja, amelyre telepítve van a zenon futtatókörnyezet. Ez a megoldás a világ különböző pontjain működő összes rendszer vizualizálását lehetővé teszi. A rendszer összeállítása során az is kulcsfontosságú tényező volt, hogy a felhasználó szabadon válogathasson a felhőmegoldások között, és így ne függjön egy adott gyártótól.

A szélturbinák automatizálásához a Weidmüller speciális szélkönyvtárat kínál: a könyvtár használatra kész funkcionális modulokat tartalmaz, amelyek a modern szélturbinák funkcióinak mintegy 80%-át lefedik. A rendelkezésre álló modulok tartalmazzák a rendszerfunkciók gyors és egyszerű implementálásához szükséges komponenseket, a dőlés és a gondola vezérlését, a toronyfunkciókat, az állapotfelügyeletet és a fizikai funkciók széles választékát. A felhasználó ezeket a modulokat tetszés szerint kombinálhatja egymással, sőt szükség esetén akár módosíthatja is őket, így a rendszer saját hardveréhez vagy feladataihoz adaptálhatja. Ebben a tekintetben a know-how védelme biztosítva van.

A Solutions 4 Energy már a szélkönyvtár első használatakor képes volt a funkciók kb. 70%-át a könyvtár moduljai segítségével megvalósítani. A könyvtárat a Solutions 4 Energy az eljárásokra vonatkozó előírásokkal összhangban állította össze. A többi modult emellett a Weidmüllerrel szoros együttműködésben módosították vagy újraprogramozták.

„A Weidmüller remekül felszerelt alkalmazási termet alakított ki a szélenergia-automatizálási megoldásokhoz, ahol kiszállítás előtt a tényleges modulokon teszteljük a beprogramozott funkciókat. Ezzel garantáljuk, hogy megoldásaink az ügyfelek létesítményeiben is hibátlanul fognak üzemelni” – magyarázza Liebert úr.

Folyamatos kommunikáció

Az új megoldástól elvárt egyik alapvető követelmény az volt, hogy a különböző szolgáltatóktól származó alkotóelemek összekötésének megkönnyítése érdekében nyílt kommunikációt biztosítson. Ezek közé tartozik a biztonsági vezérlő, amely például PROFINET-en keresztül végez megbízható adatcserét. A további bővítőegységek egyszerűen beépíthetők a u-remote I/O-rendszer megfelelő moduljaiba. A terepi eszközök, például a szélsebesség- és szélirányjelzők, a rezgésérzékelők és a gondola- és dőlésszögrendszer helyzetét rögzítő abszolútérték-kódolók könnyedén csatlakoztathatók az erre a célra létrehozott u-remote modulokhoz, így integrálódnak a Weidmüller vezérlőrendszerébe.

A gondolában és a toronyalapban található panelek kapcsolókon keresztül csatlakoznak egymáshoz. A toronyalapban található kapcsoló nemcsak a fő vezérlőt látja el adatokkal, hanem a SCADA rendszert is. A komponensek a PROFINET-en és a u-remote rendszeren keresztül kommunikálnak egymással, ahogy a toronyalapban található multifunkciós Bender mérőműszer is. A mérőműszer rögzíti az összes kulcsfontosságú elektromos változó értékeit (áramerősségek, feszültségek, frekvencia, kimenetek stb.), és értékelés és archiválás céljából továbbítja ezeket a SCADA rendszernek. A szélturbinát egy beépített 3G/UMTS modemmel felszerelt router köti össze a vezérlőhelyiséggel.

Sikeres megvalósítás

„Egy csapatként dolgoztunk, és végül sikerrel jártunk: az új automatizálási megoldással megvalósítottuk első közös projektünket” – jelentette be Schubert úr és Liebert úr. A Solutions 4 Energy a projekttervezési folyamat jelentős részében közvetlen a megszerzett és beépített know-how-ra épített. A folyamatot a kidolgozott könyvtár is támogatta, amely a vezérlési és megjelenítési funkciók praktikus, tetszőleges használatát is lehetővé tette. Az új projektek és egyéb alkalmazások gyorsan és egyszerűen, a könyvtárban található modulok egyszerű másolásával implementálhatók. „Biztosak vagyunk benne, hogy a jövőben még számtalan közös projektet viszünk majd sikerre” – szögezi le Thomas Schubert, a Solutions 4 Energy GmbH ügyvezető igazgatója.