Automatizujte větrné elektrárny jednoduchým, efektivním, škálovatelným, modulárním, otevřeným a flexibilním způsobem pomocí integrovaného systému.

Společnost Solutions 4 Energy GmbH spoléhá na otevřenou, transparentní a flexibilní automatizaci větrných turbín

Automatizujte větrné elektrárny jednoduchým, efektivním, škálovatelným, modulárním, otevřeným a flexibilním způsobem pomocí integrovaného systému.

Díky otevřené a vysoce výkonné řídicí jednotce s řízením v reálném čase od společnosti Weidmüller se dvěma jádry procesoru a softwarovou knihovnou pro jednotlivé aplikace se společnosti Solutions 4 Energy GmbHdaří výrazně zkrátit proces výstavby a uvedení větrných turbín do provozu. Díky koordinovanému, modulárnímu a škálovatelnému řešení vizualizace, včetně cloudových funkcí, je provoz větrných turbín úplnou hračkou.

Společnost Solutions 4 Energy GmbH, která je známá pod označením S4E, je ambiciózní a inovativní výrobce a poradenská firma působící v odvětví obnovitelných zdrojů energie, zejména v segmentu výroby větrné energie na pevnině i na moři. „Aby byla instalace a uvedení větrných elektráren do provozu efektivnější, zahájila společnost S4E strategickou partnerskou spolupráci s Weidmüller,“ uvádí Thomas Schubert, výkonný ředitel společnosti Solutions 4 Energy GmbH. Tato dohoda zahrnuje všechny technologie automatizace, včetně dvou panelů připravených k okamžitému používání – každý pro horní i dolní box. Panely jsou navrhovány, sestavovány a zkoušeny ve společnosti Weidmüller, takže se dodávají ve stavu připraveném k okamžitému používání.

„Když jsme partnerskou spolupráci zahájili, pracovali jsme společně na vývoji komplexní katalogu požadavků, do kterého společnost Weidmüller začlenila hotová řešení,“ dodává Thomas Schubert.

Katalog požadavků tvořil základ pro výběr partnerské společnosti a řešení:

  • Otevřený hardware, software a komunikace pro jednoduchou integraci ověřených a osvědčených komponent systému od různých výrobců prostřednictvím různých systémů sběrnic a protokolů
  • Škálovatelný výkon a funkce pro implementaci různých větrných elektráren se stejným systémem
  • Otevřený webový systém SCADA pro vizualizaci všech příslušných dat výroby, alarmů a historických dat. Bylo potřeba vytvořit také příslušné zprávy pro různé zákazníky. Součásti musí samozřejmě splňovat požadavky na certifikaci větrných turbín
  • Expedice certifikovaných panelů pro horní a dolní boxy

„Když jsme spolupracovali na vytvoření katalogu požadavků, dokázali jsme využít zkušeností, které jsme získali dříve v mnoha dalších projektech,“ vysvětluje Marc Liebert, manažer vývoje produktů pro větrné elektrárny ve společnosti Weidmüller.

Počítačové řízení společnosti Weidmüller jako otevřené a individuální řešení

„Robustní, vysoce výkonná řídicí jednotka se dvěma jádry procesoru, operační systém RTLinux pro komunikaci a úlohy vizualizace a eCos jako operační systém v reálném čase jsou klíčovými komponentami turbín. Na inovativní řídicí jednotce odpovídá norma IEC 61131 za deterministické procesy – tzn. extrémně krátké, přesně definované cykly. Řídicí jednotka je připravena na internet věcí a její architektura umožňuje také implementaci dvou „důvěryhodných zón“. „Systém je navržen tak, aby byl robustní a spolehlivý v náročných provozních podmínkách – aby dokázal snést extrémní chlad, teplo a vibrace,“ pokračuje Liebert.

Jeden z požadavků společnosti S4E zněl, že vytvořené simulační a regulační modely musí být snadno přenosné na řídicí jednotku. Jako technický nástroj byl použit Simulink, plus další řešení. Jedná se o prostředí blokových schémat pro simulaci více domén. Nástroj podporuje procesy návrhu a simulace na úrovni systému a umožňuje automatické generování kódů a průběžné testování a ověřování systému. Simulink je součástí platformy MATLAB od MathWorks, takže algoritmy MATLAB lze snadno začlenit do simulačních modelů, analyzovat je a dále zpracovávat. Modely MATLAB/Simulink lze snadno přenést na řídicí jednotku Weidmüller, kde běží v reálném čase.

„My ve společnosti Solutions 4 Energy spoléháme na zenonový systém SCADA od COPA-DATA, který nabízí škálovatelné funkce a výkon pro řízení provozu větrné farmy. Systém podporuje také integraci řídicích jednotek od různých výrobců a má všechny nezbytné komunikační protokoly, jako je IEC 61850 nebo IEC 61870. Přístup k datům funguje ve vzdáleném režimu prostřednictvím zabezpečeného připojení VPN a/nebo pomocí řešení Cloud,“ vysvětluje Liebert. V uvedeném příkladu společnost Weidmüller používá Microsoft Azure Cloud, ve kterém je nainstalován zenon Runtime a vizualizace všech instalací je dostupná po celém světě. Jedním z klíčových bodů byl v tomto ohledu během procesu výběru systému také volný výběr cloudu, aby nevznikala závislost na jednom výrobci.

Pro automatizaci větrných turbín nabízí společnost Weidmüller speciální knihovnu pro větrné elektrárny s připravenými funkční moduly, které pokrývají okolo 80 % funkcí moderních větrných turbín. K dispozici jsou moduly pro rychlou a snadnou implementaci funkcí systému, řízení natáčení listů a gondoly, funkce pro věže, monitorování stavu a celá řada fyzických funkcí. Uživatel může tyto moduly navzájem kombinovat podle libosti a v případě potřeby je může dokonce upravit a individuálně je přizpůsobit pro vlastní hardware nebo úkoly. Ochrana know-how je v tomto ohledu zaručena.

I když společnost Solutions 4 Energy pracovala s knihovnou pro větrné elektrárny poprvé, dokázala implementovat přibližně 70 % funkcí přímo pomocí modulů z knihovny. Knihovna byla vytvořena společností Solutions 4 Energy v souladu s provozními parametry. Zbývající moduly byly mezitím upraveny nebo přeprogramovány a implementovány v rámci úzké spolupráce se společností Weidmüller.

„Ve společnosti Weidmüller máme velmi dobře vybavené prostory pro řešení automatizace větrných elektráren, kde jsou všechny naprogramované funkce před expedicí odzkoušeny na skutečných modulech. Zákazníci si proto mohou být jistí, že zařízení bude během provozu fungovat bezchybně,“ vysvětluje Liebert.

Nepřetržitá komunikace

Jedním ze základních požadavků nového řešení byla otevřená komunikace, která umožní snadné připojení komponent od různých poskytovatelů. Patří sem bezpečnostní řídicí jednotka, který zajišťuje spolehlivou výměnu dat prostřednictvím sítě PROFINET. Další rozšíření lze snadno začlenit prostřednictvím odpovídajících modulů systému I/O u-remote. Zařízení, jako jsou ukazatele rychlosti a směru větru, snímače vibrací a kódéry absolutních hodnot pro záznam polohy gondoly, listů rotoru a jejich natočení, se za tímto účelem snadno připojují k modulům u-remote, a jsou tedy součástí řídicího systému Weidmüller.

Panely v gondole a tubusu jsou navzájem propojeny přes switche. Switch v tubusu zajišťuje přenos dat nejen pro hlavní řídicí jednotku, ale i systém SCADA. Veškerá komunikace mezi jednotlivými součástmi probíhá prostřednictvím sítě PROFINET a systému u-remote, což platí i pro multifunkční měřicí přístroj od výrobce Benderu, který se nachází v tubusu. Měřicí přístroj zaznamenává všechny klíčové elektrické proměnné (proudy, napětí, frekvence, výstupy atd.) a zasílá je systému SCADA pro účely hodnocení a archivace. Router se zabudovaným modemem 3G/UMTS propojuje větrnou turbínu s řídícím stanovištěm.

Úspěšná implementace

„Úspěšně jsme jako tým realizovali a spojili první společný projekt s novým řešením automatizace,“ uvádějí shodně Schubert a Liebert. Společnosti Solutions 4 Energy se podařilo úspěšně použít v praxi získané know-how a aplikovat ho na velké úseky plánovaných projektů. Koncepce knihovny tento proces podpořila a umožnila pohodlné, opakované používání funkcí řízení nebo vizualizace. Nové projekty a ostatní způsoby používání lze rychle a snadno implementovat pouhým kopírováním modulů knihovny. „Jsme si jistí, že v budoucnu vytvoříme mnohem více společných projektů,“ říká Thomas Schubert, výkonný ředitel společnosti Solutions 4 Energy GmbH.