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Beckhoff Automation (Shanghai) Co., Ltd.

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倍福系统解决方案的优点已在全球 85,000 多台风力发电机中得到验证

倍福通过其基于 PC 和 EtherCAT 的控制技术,在全球范围内实施成熟的、久经时间验证的风力发电机组控制解决方案:全球有超过 85,000 台风力发电机已经使用倍福的技术进行自动化改造,单台风力发电机的容量最大可达 14 兆瓦。倍福控制架构非常适合用于满足风力发电行业的要求:开放性和可扩展性,控制器设计上的灵活性以及高集成度。从风力发电机运行控制和管理、变桨控制、变流器、齿轮箱和制动控制直到风场网络监控等所有过程都通过工业 PC 上安装的软件控制。安全技术和状态监测通过相应的 I/O 模块无缝集成到端子模块网段中,因此无需使用单独的 CPU。EtherCAT 超高速实时以太网系统与以太网完全兼容,具有出色的实时特性。除此之外,EtherCAT 还具有拓扑结构灵活、操作简单的特点。倍福在全新的 TwinCAT 3 Wind Framework 中创建了一个软件工具,它可为风机制造商提供合适的系统编程帮助和支持,并能够将工业 4.0 概念可以应用到风电行业中。另一个优点是:诸如 CANopen、PROFIBUS 和 Ethernet TCP/IP 等下位现场总线可以通过现场总线主站或从站端子模块部署在现场,用于控制子系统。专门为风力发电行业开发的软件库和硬件组件进一步完善了倍福的控制解决方案系列。

二十多年来,倍福一直与风电行业中的风机制造商保持良好的合作关系,积累了丰富的专业知识,可以提供各种高性能风机控制解决方案,是能够助您提升在风电行业中的竞争优势的可靠合作伙伴。倍福海外分公司与吕贝克专家团队的通力协作,为各种风机控制解决方案提供全球支持:提供开发应用特定的软件库、调试支持以及控制柜建造等各种优质服务。倍福工程部门会根据客户的规范和要求,精心打造风机控制柜:从接线图设计,直到样机安装或批量生产。

PC-based control is a universal control solution for the operational management of wind turbines.

风力发电机运行控制管理和变桨控制

基于 PC 的控制技术可为风力发电机运行控制管理和变桨控制提供通用控制解决方案。

风场网络监控

EtherCAT 可实现超高速风场网络监控。

High-end measuring technology ensures transparency in wind turbine operation.

状态监测

高端测量技术可保障风机运行的透明度。

偏航系统

AMP8000 伺服驱动系统助力提升风力发电机组的发电量。

倍福针对风力发电机组的技术亮点

一台插接了 I/O 端子模块的嵌入式控制器、用作通用通信系统的 EtherCAT 和 TwinCAT 自动化软件构成中央控制系统。坚固耐用、模块化和可扩展的硬件组件以及工业通信标准的应用,为风机运营商投资保驾护航,提高控制系统设计灵活性。
一台插接了 I/O 端子模块的嵌入式控制器、用作通用通信系统的 EtherCAT 和 TwinCAT 自动化软件构成中央控制系统。坚固耐用、模块化和可扩展的硬件组件以及工业通信标准的应用,为风机运营商投资保驾护航,提高控制系统设计灵活性。

基于 PC 的控制系统:通用风力发电机组控制平台

倍福控制架构非常适合用于满足风电行业的要求:开放性和可扩展性,控制器设计上的灵活性以及高集成度。倍福可为风机控制提供各种性能等级的模块化解决方案:从工业 PC 和嵌入式控制器、控制面板和 I/O 组件到自动化软件。适用于大部分常用现场总线的接口和倍福 I/O 系统中丰富的信号系列涵盖了与风力发电相关的各种信号和现场总线类型。用户可以使用标准组件和自动化套件配置所需性能等级的风力发电机组控制系统。随后的扩展和修改也能够通过此模块化解决方案以较低的成本实现。集成式 PC 控制平台摒弃了基于硬件的安全和监测的“黑匣子”解决方案,确保所有系统组件间的高效交互。对用户来说,其好处是可以提高可用性,从而提高风力发电机组的发电效率,同时降低硬件和开发成本。此外,倍福技术支持 IEC 61400-25、Ethernet TCP/IP 以及 OPC 等各种工业通信标准,确保用户的投资安全。

基于 PC 的控制技术可为用户带来巨大优势:

  • 可提供一个用于风力发电机运行控制管理、变桨控制、风场网络监控及状态监测的通用控制平台
  • 在控制系统设计方面具有高度灵活性
  • 性能可扩展
  • 可模块化扩展
  • 降低硬件和开发成本
  • 升效率和成本效益
  • 提升竞争力

由于 EtherCAT I/O 端子模块产品非常全面,可以覆盖、采集和记录所有常见信号类型。
由于 EtherCAT I/O 端子模块产品非常全面,可以覆盖、采集和记录所有常见信号类型。

EtherCAT:针对风力发电行业的现场总线!

EtherCAT 现场总线系统具备在风机以及风场联网监控所需的各种性能。EtherCAT 具有高带宽,不仅可以处理所有标准信号,还可以实施高精度测量技术和安全技术。标准现场总线中的现场总线主站可以在现场轻松实现。系统还可以设置电缆冗余。EtherCAT 甚至还可以用于变流器等对速度和时间同步性要求极高的子系统。

XFC:实现状态监测和网络诊断的基础

倍福测量技术、状态监测和网络诊断端子模块采用超采样技术,以高达 100 kHz 的采样率将测量到的原始数据直接传输到 CPU 中。端子模块不会预处理数据,因此也不会丢失相关数据,用户可以使用所有数据进行诊断,并可以充分利用自己选择的软件工具。EtherCAT 端子模块的“分布式时钟”功能能够以小于 1 微秒的时间同步风机或风场中的所有数据。

倍福针对风力发电机组的产品亮点

倍福的嵌入式控制器系列具有性能可扩展、结构紧凑和可模块化扩展的特点,是风力发电机组控制的理想选择。
倍福的嵌入式控制器系列具有性能可扩展、结构紧凑和可模块化扩展的特点,是风力发电机组控制的理想选择。

性能强大、可靠且可灵活扩展:嵌入式控制器系列可用于实现风力发电机组控制任务

CX 系列 DIN 导轨安装式控制器结构紧凑,能够与各种 I/O 模块直接插接在一起,构成一个完整的工业控制系统安装在控制柜内,节省空间。倍福的嵌入式控制器产品种类繁多,用户能够根据具体的预算、性能等级要求和控制任务的复杂性从中选择出一款最适合的嵌入式控制器除了 CPU 之外,CX 系列中的每款控制器所提供的系统接口和电源型号都各不相同,因此它们能够根据风力发电行业中的具体任务插接在一起,构成一个模块化控制系统。

CX 系列产品有多种可选的基本 CPU 模块,分别搭载不同的处理器,可以满足各个控制任务的具体需求。CX51xx 系列嵌入式控制器的 CPU 已经得到成千上万个应用的验证,非常适合用于装配和安装标准风力发电机组。CX2030 无风扇型嵌入式控制器可用于高性能应用(如包含测量技术)。而搭载 ARM 系列处理器的 CX 系列常被用作轮毂中的变桨控制器。

C65xx 系列控制柜安装式无风扇工业 PC 非常适合用于控制风机或风场。
C65xx 系列控制柜安装式无风扇工业 PC 非常适合用于控制风机或风场。

节省空间,性能强大:C65xx 在风机和风场控制方面具有独特的优势

搭载 Intel® Core™ i7 处理器的 C65xx 系列是性能最高的无风扇型工业 PC。该系列工业 PC 专为安装在控制柜面板内或控制柜或控制台背板中而设计。该工业 PC 的散热片通过控制柜面板或壁上的一个合适开口安装在外部;处理器和芯片组产生的热量直接排放到周围空气中。集成的密封件确保该工业 PC 的防护等级为 IP 65,从而确保工业 PC 具有良好的热稳定性,同时可无风扇运行。因此 C65xx 系列工业 PC 可以完全不带任何旋转部件。

在许多风力发电机组中,包括在海上风电场中,这款工业 PC 系列在风机或风场控制系统中都展示了其高性能特点。

EtherCAT 插拔式模块和传感器执行器的插接层可以灵活布置在信号分配板上。信号分配板既可由用户自己开发,也可以由倍福作为定制解决方案开发。
EtherCAT 插拔式模块和传感器执行器的插接层可以灵活布置在信号分配板上。信号分配板既可由用户自己开发,也可以由倍福作为定制解决方案开发。

EtherCAT 插拔式模块助力节省风力发电机组的安装空间并减少布线工作

EtherCAT 插拔式模块可为您提供一个预制的 I/O 系统,它采用非常紧凑的设计,可以显著节省安装空间,减少布线工作。这对于风力发电机组的控制尤为重要,因为该应用中预留的安装空间往往都非常狭小。

EtherCAT I/O 插拔式模块在电气上基于成熟的 EtherCAT 端子模块,它们同样具有广泛的信号种类。其机电设计使得它们能够直接插接到一个应用特定的信号分配板上,可以从该信号分配 板上通过带预装电缆的连接器继续进行接线。例如继电器、保险丝或浪涌电压保护设备等很多原本安装在控制柜中的其它组件被安置在信号分配板上的插拔式模块中。 这样不仅可以节省安装空间,同时还能降低成本,即使对于大批量生产应用。这也很好地说明了风力发电机组在自动化方面取得了重大进展。

EL3783 电力监测端子模块能够高速检测电压跌落。
EL3783 电力监测端子模块能够高速检测电压跌落。

EtherCAT 端子模块将风场网络监控和电力测量集成在控制系统中

倍福可为实现独立的电力测量和网络诊断提供具有高性价比的产品型号:

  • EL3453 可测量三相电流(最大 5 A)和三相电压(最大 690 V)。由此产生的功率、频率、cos φ 等平均值,当然还包括电流和电压,在每半个市电周期(10 ms)后传送到 CPU。
  • EL3783 具备与 EL3453 相同的物理特性,以 20 kHz 的频率测量电流和电压。可以通过 CPU 使用这一原始数据计算出所有平均值(例如,借助 TwinCAT 电力监测软件库 TF3650)。因此可以实现高达 110 次谐波的电网分析。

TwinCAT 3 Wind Framework 将工业 4.0 技术与倍福成熟的风电行业知识完美结合于一体。
TwinCAT 3 Wind Framework 将工业 4.0 技术与倍福成熟的风电行业知识完美结合于一体。

TwinCAT 3 Wind 赋能工业 4.0 方案在风电领域实现应用场景

随着风力发电重要性的不断提升和大型风电场的建设,对风力发电机组的可用性和诊断能力以及快速响应电网的要求也越来越高。工业 4.0 技术可让系统制造商、电力生产商、消费者和电网运营商直接获得收益。TwinCAT 3 Wind 是倍福采用工业 4.0 的理念和方法专为风力发电机组自动化控制升级改造开发的全新软件框架,并以安全的垂直和水平通信、大数据应用以及集成式开发的形式提供给用户。倍福在创建时将其 100 多人多年来积累的丰富经验都融入到了这个框架中。

标准化协议简化与风力发电机组的通讯

随着全球可再生能源产业的加速发展,发电商和电网运营商有必要掌握控制这些“发电站”的方法。倍福为此开发了标准化的远程控制协议,这些协议在 TwinCAT 自动化系统中以软件库的形式提供。