2015 年 9 月，在經(jīng)過兩年的施工建設(shè)后，荷蘭能源公司 Eneco 的 Luchterduinen 風(fēng)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(fēng)力發(fā)電機基礎(chǔ)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(zé)采集分布在風(fēng)力發(fā)電機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)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(fēng)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(fēng)力發(fā)電機組，以確保風(fēng)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(shù)員去現(xiàn)場維修風(fēng)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(fēng)機四周的地面會下沉、逐漸塌陷甚至沉沒?！霸谝恍┖Ｉ巷L(fēng)電場中，風(fēng)機塔筒的固定通過在海床中打過渡段連接件和單樁結(jié)構(gòu)的方式實現(xiàn)?！盳ensor 公司業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理 Yves Van Ingelgem 解釋說道?！斑^渡段和單樁結(jié)構(gòu)之間的空隙由一種專門為此應(yīng)用開發(fā)的混凝土填充。然而，由于風(fēng)的力量可能會導(dǎo)致混凝土從鋼結(jié)構(gòu)松開，從而造成風(fēng)機基礎(chǔ)下沉。風(fēng)機結(jié)構(gòu)中的其它潛在問題可能還有腐蝕、材料疲勞、螺栓及側(cè)壁延伸以及混凝土出現(xiàn)裂縫?！?/p>

高計算能力，超緊湊設(shè)計

Zensor 是一家布魯塞爾自由大學(xué)衍生公司，主要經(jīng)營混凝土及鋼結(jié)構(gòu)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(fēng)電場的四臺風(fēng)機中安裝了約 30 個傳感器。它們不僅監(jiān)測結(jié)構(gòu)本身的各個參數(shù)，而且還可以監(jiān)測基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)的環(huán)境以及通過風(fēng)電塔動力學(xué)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(yù)處理并通過風(fēng)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(diào)道。“其它海上風(fēng)電場中使用由 Zensor 專門開發(fā)的 PermaZEN 傳感器來測量鋼基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)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(fēng)機基礎(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(chǔ)結(jié)構(gòu)側(cè)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(guān)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?！盙ori Nieubourg 陳述道?！坝辛嘶?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(fēng)機塔筒高 100 米；借助于 EtherCAT 技術(shù)，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)娇刂破鳎鴽]有信號損失”。

外設(shè)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(dǎo)率測量結(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)上壓力的變化都會對電導(dǎo)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(yīng)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?！?/p>

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?！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 100 kHz。這些端子模塊的性能達到了高端測量技術(shù)應(yīng)用的水平，這在 PLC 領(lǐng)域并不是一個典型供應(yīng)的性能?！盙ori Nieubourg強調(diào)道?！皽y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(yīng)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(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(yù)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(fēng)機中的設(shè)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(wù)器。在那里有一個云解決方案，風(fēng)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(guān)于風(fēng)機結(jié)構(gòu)相關(guān)的特定問題，這樣就可以在需要時定期檢查和確定預(yù)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(fēng)機，因此無法快速解決問題。”Yves Van Ingelgem 補充說道?！暗覀兛梢栽谠缙跈z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。”因此，密集的監(jiān)控也有助于節(jié)省成本，保證風(fēng)機的最大可用性。