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。“在一些海上風(fēng)電場(chǎng)中，風(fēng)機(jī)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(shí)現(xiàn)。”Zensor 公司業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理 Yves Van Ingelgem 解釋說道。“過渡段和單樁結(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(huì)導(dǎo)致混凝土從鋼結(jié)構(gòu)松開，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。”
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)放在開發(fā)材料疲勞檢測(cè)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(bào)告。
電極懸浮在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)內(nèi)不同水位上，在電極和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)側(cè)壁之間根據(jù)一個(gè)特定的模式生成電壓。通過比較這一模式與測(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
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)疥懙亍！拔覀兂浞掷昧嘶?PC 的控制系統(tǒng)的性能潛力。”Yves Van Ingelgem 強(qiáng)調(diào)道。“其它海上風(fēng)電場(chǎng)中使用由 Zensor 專門開發(fā)的 PermaZEN 傳感器來測(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。”Zensor 使用由 Python 編寫并在 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)品開發(fā)工程師 Gori Nieubourg 說道：“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)娇刂破鳎鴽]有信號(hào)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(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(gè)模塊化解決方案。”Yves Van Ingelgem 解釋道。“這樣，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，我們使用的是通過模擬量或數(shù)字量 I/O 或通過 Modbus 連接的標(biāo)準(zhǔn)傳感器。無論我們使用的是簡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(jìng)爭優(yōu)勢(shì)
大部分測(cè)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(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。”Gori Nieubourg 強(qiáng)調(diào)道。“測(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(jì)算能力來過濾過程數(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。”
早期檢測(cè)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(jī)中的設(shè)備：所有測(cè)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(gè)云解決方案，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營商可以使用它來監(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)和偏差通過圖表說明。除此之外，Zen-sor 還可以專門分析可用的數(shù)據(jù)，以便回答關(guān)于風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)相關(guān)的特定問題，這樣就可以在需要時(shí)定期檢查和確定預(yù)防措施。
