2015 年 9 月，在經(jīng)過(guò)兩年的施工建設(shè)后，荷蘭能源公司 Eneco 的 Luchterduinen 風(fēng)電場(chǎng)正式投入運(yùn)行。監(jiān)測(cè)位于贊德福特和諾德韋克之間北海沿岸 23 公里處的風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)的訂單交給了 Zensor，它是智能監(jiān)控解決方案的專(zhuān)家。在這套監(jiān)控系統(tǒng)中，一臺(tái)倍福的 CX2020 嵌入式控制器負(fù)責(zé)采集分布在風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的傳感器中的數(shù)據(jù)并將測(cè)得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆浦小?/p>

海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)正呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的景象；但同時(shí)也必須滿(mǎn)足很多具體要求。必須定期檢查和維護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，以確保風(fēng)機(jī)可靠運(yùn)行，特別是因?yàn)樗鼈儽┞队跇O端惡劣的天氣條件和高腐蝕性環(huán)境。然而，派遣一個(gè)技術(shù)員去現(xiàn)場(chǎng)維修風(fēng)機(jī)不僅非常耗時(shí)而且費(fèi)用也很高。另一個(gè)問(wèn)題是，隨著時(shí)間的推移，風(fēng)機(jī)四周的地面會(huì)下沉、逐漸塌陷甚至沉沒(méi)?！霸谝恍┖Ｉ巷L(fēng)電場(chǎng)中，風(fēng)機(jī)塔筒的固定通過(guò)在海床中打過(guò)渡段連接件和單樁結(jié)構(gòu)的方式實(shí)現(xiàn)?！盳ensor 公司業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理 Yves Van Ingelgem 解釋說(shuō)道?！斑^(guò)渡段和單樁結(jié)構(gòu)之間的空隙由一種專(zhuān)門(mén)為此應(yīng)用開(kāi)發(fā)的混凝土填充。然而，由于風(fēng)的力量可能會(huì)導(dǎo)致混凝土從鋼結(jié)構(gòu)松開(kāi)，從而造成風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)下沉。風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)中的其它潛在問(wèn)題可能還有腐蝕、材料疲勞、螺栓及側(cè)壁延伸以及混凝土出現(xiàn)裂縫?！?/p>

高計(jì)算能力，超緊湊設(shè)計(jì)

Zensor 是一家布魯塞爾自由大學(xué)衍生公司，主要經(jīng)營(yíng)混凝土及鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目的監(jiān)控系統(tǒng)。該公司最初將重點(diǎn)放在開(kāi)發(fā)材料疲勞檢測(cè)專(zhuān)用的傳感器上；現(xiàn)在，Zensor 提供無(wú)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(bào)告。

公司已經(jīng)在 Luchterduinen 風(fēng)電場(chǎng)的四臺(tái)風(fēng)機(jī)中安裝了約 30 個(gè)傳感器。它們不僅監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)本身的各個(gè)參數(shù)，而且還可以監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)的環(huán)境以及通過(guò)風(fēng)電塔動(dòng)力學(xué)間接指示海床水位。CX2020 嵌入式控制器采集所有測(cè)得的數(shù)據(jù)、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)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(qiáng)調(diào)道?！捌渌Ｉ巷L(fēng)電場(chǎng)中使用由 Zensor 專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的 PermaZEN 傳感器來(lái)測(cè)量鋼基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的腐蝕情況，需要較高的計(jì)算能力?！盳ensor 使用由 Python 編寫(xiě)并在 PC 上運(yùn)行的軟件進(jìn)行計(jì)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(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)不同高度的水位上的電極構(gòu)成。Zensor 公司產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工程師 Gori Nieubourg 說(shuō)道：“電壓根據(jù)一個(gè)特定的模式在電極和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)側(cè)壁之間生成。通過(guò)比較這一模式與測(cè)得的電壓和電流數(shù)值，我們就能夠獲取有關(guān)表面腐蝕情況的圖片。

“通過(guò)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(dòng)化系統(tǒng)就無(wú)需使用其它硬件，因?yàn)?PLC 功能以及可視化及數(shù)據(jù)保存都可以在倍福平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。倍福平臺(tái)所需使用的部件數(shù)量更少且無(wú)需使用額外的接口，因此系統(tǒng)更加可靠。風(fēng)機(jī)塔筒高 100 米；借助于 EtherCAT 技術(shù)，很容易使用距離更遠(yuǎn)的現(xiàn)場(chǎng)總線的“島”將傳感器信號(hào)從遠(yuǎn)距離傳輸?shù)娇刂破?，而沒(méi)有信號(hào)損失”。

外設(shè)連接無(wú)限制

除了控制 PermaZEN 傳感器之外，CX2020 還可以控制和讀出 IntegriZEN— 一個(gè)可以根據(jù)電導(dǎo)率測(cè)量結(jié)果跟蹤混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)前狀態(tài)的系統(tǒng) —的數(shù)據(jù)。所有相關(guān)的系數(shù)，如水分、裂痕大小或結(jié)構(gòu)上壓力的變化都會(huì)對(duì)電導(dǎo)率產(chǎn)生影響并可以通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)檢測(cè)。此外，基于 PC的控制系統(tǒng)的良好開(kāi)放性允許連接幾乎任何類(lèi)型的傳感器或儀器。

“我們正在提供一個(gè)模塊化解決方案?！盰ves Van Ingelgem 解釋道?！斑@樣，我們就能夠?yàn)槊總€(gè)項(xiàng)目實(shí)施理想的應(yīng)用，不會(huì)對(duì) PC 平臺(tái)造成任何限制。對(duì)于一些測(cè)量，我們使用的是通過(guò)模擬量或數(shù)字量I/O 或通過(guò) Modbus 連接的標(biāo)準(zhǔn)傳感器。無(wú)論我們使用的是簡(jiǎn)單的溫度傳感器或一臺(tái)掃描海底的聲納儀，僅為每個(gè)附加的測(cè)量類(lèi)型添加端子模塊到系統(tǒng)即已足夠?！?/p>

具有高采樣率的 XFC 端子模塊確保競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)

大部分測(cè)得的數(shù)值都通過(guò) 24 位模擬量 I/O 端子模塊 EL3602 讀取?！癦ensor 使用的是集成有超采樣技術(shù)的 XFC 端子模塊，它們的采樣頻率高達(dá) 100 kHz。這些端子模塊的性能達(dá)到了高端測(cè)量技術(shù)應(yīng)用的水平，這在 PLC 領(lǐng)域并不是一個(gè)典型供應(yīng)的性能?！盙ori Nieubourg強(qiáng)調(diào)道?！皽y(cè)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要因素。另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，倍福在一個(gè)符合工業(yè)應(yīng)用所需的所有魯棒性的標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)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(yùn)行的特點(diǎn)對(duì)我們來(lái)說(shuō)也是我們選用倍福的重要原因之一：在 PLC 側(cè)，我們擁有 I/O 和 XFC 端子模塊的高度靈活性。在 PC 側(cè)，我們使用計(jì)算能力來(lái)過(guò)濾過(guò)程數(shù)據(jù)、執(zhí)行頻率分析，并比較測(cè)得的數(shù)值與預(yù)定義的閾值?！?/p>

早期檢測(cè)潛在問(wèn)題，最大化可用性

然而，Zensor 安裝的監(jiān)控解決方案不僅是風(fēng)機(jī)中的設(shè)備：所有測(cè)得的數(shù)值都在 CX 中壓縮并通過(guò)光纖電纜傳輸給陸地上的服務(wù)器。在那里有一個(gè)云解決方案，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商可以使用它來(lái)監(jiān)控系統(tǒng)。所有測(cè)得的數(shù)值都可以實(shí)時(shí)追溯；趨勢(shì)和偏差通過(guò)圖表說(shuō)明。除此之外，Zensor還可以專(zhuān)門(mén)分析可用的數(shù)據(jù)，以便回答關(guān)于風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)相關(guān)的特定問(wèn)題，這樣就可以在需要時(shí)定期檢查和確定預(yù)防措施。

“有時(shí)會(huì)因?yàn)楹Ｉ咸鞖鈼l件的變化而無(wú)法靠近海上風(fēng)機(jī)，因此無(wú)法快速解決問(wèn)題?！盰ves Van Ingelgem 補(bǔ)充說(shuō)道。“但我們可以在早期檢測(cè)出可能出現(xiàn)的問(wèn)題，以便讓客戶(hù)提前準(zhǔn)備和計(jì)劃好，在最合適的時(shí)間去進(jìn)行維護(hù)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(fēng)機(jī)的最大可用性。