引言

        由于对风力发电机组可利用率的严格规定和需求的提高，状态监测系统（CMS）也变得越来越重要。基于 PC 和 EtherCAT 技术的控制平台将 CMS 功能无缝集成到现有的自动化系统中，CMS可以用于监测所有风力发电机组的状态，包括齿轮箱、主轴承和发电机。除了相当大的成本优势和灵活的可扩展性之外，该解决方案的诊断性能也更高。

        Beckhoff  将会在 2012 年 9 月 18 日-22 日于德国举办的世界最大的风能展会 — Husum国际风能展上展示其基于 PC 和 EtherCAT 技术的风力发电机组控制解决方案。仅 2011 年一年，Beckhoff 就已经为 7000 台风力发电机组提供自动控制技术，总装机容量达到 11.2 GW。在全世界范围内，超过20000台风力发电机运用了 Beckhoff 控制技术 — 包括陆上和海上风力发电机组。在今年的展会上，Beckhoff 展出的亮点将是其基于 EtherCAT 的超高速风场监控系统。

        Beckhoff 自动化技术已在全球范围内的风力发电机组中得到成功应用，其应用的单机容量已达到 5 MW。基于PC的自动化技术提供了功能强大的控制器，它们可以将一台风力发电机组的所有部分 — 如变桨、发电机、变频器和制动器的操作管理和控制，以及状态检测和风场网络监控 — 都整合到同一个平台上。它无需使用特殊硬件，可显著降低风力发电机组基础电气设备的成本和维护费用，同时提高了风力发电机组的可利用率。

        开放、可扩展的自动化软件 TwinCAT 是 Beckhoff 基于PC 控制平台的核心组成部分。开放式接口允许集成第三方软件，例如用于 SCADA、状态监测、障碍照明或者基础监测等软件。这些功能的硬件接口通过标准的 EtherCAT 端子模块集成到控制系统中。可以使用各种接口集成下位现场总线，例如 CANopen、PROFIBUS 和 Ethernet TCP/IP 以及 RS232/RS485。将子系统重新部署到现场大大减少了基础设施费用并简化了通讯。

超高速风场网络监控系统：响应时间低于1 ms
        与传统的 IP 解决方案相比，基于 EtherCAT 的风场网络监控系统响应速度更快且成本优势更高。风场网络监控系统的速度越快，能量供应源对于电压跌落或不断变化的要求的反应就越灵敏。通过集成在自动化系统中的 EtherCAT 电力测量端子模块可以在公共接入点以高达 10000 个采样点/秒的速度测量瞬时电流和电压值，从而保证能够对电压跌落进行早期的诊断。与替代方案不同，它可以让整个风场实现低电压穿越（LVRT）。因此，如果在公共接入点诊断出有电压跌落，它可以在1 ms 的时间内将信号传输给整个风场的所有风力发电机组。通过 EtherCAT 中的分布式时钟，所有风力发电机组的测量值和风场公共接入点的测量可以在不到 1 μs 的时间内同步。有了这些数据，电流、电压和频率可以得到相应控制且电网可以得到最优的支持。可以使用现有的光纤以太网结构。使用这项技术甚至还可以实现与风场内的各风机变流器的 IGBT同步。

集成式状态监测解决方案
        由于对风力发电机组可利用率的严格规定和需求的提高，状态监测系统（CMS）也变得越来越重要。基于 PC 和 EtherCAT 技术的控制平台将 CMS 功能无缝集成到现有的自动化系统中，CMS可以用于监测所有风力发电机组的状态，包括齿轮箱、主轴承和发电机。除了相当大的成本优势和灵活的可扩展性之外，该解决方案的诊断性能也更高。CMS 功能通过 Beckhoff EtherCAT 端子模块（如 EL3632）集成到 I/O 端子模块系统中。数据通过端子模块采集，然后通过 TwinCAT 自动化软件平台在控制器内将原始数据转化为可用数据。CMS 软件的实时组件通过 TwinCAT 集成到控制器中。CMS 分析软件诊断采集到的数据并启动相应的下游服务，用户可以通过一个标准接口（比如OPC）连接 CMS分析软件。这一结构使他们的用户能够更接近他们的实际目标：使用实时同步数据监测整台风机状态，而不是单个部件的诊断。

TwinCAT 3 — 通用控制平台降低工程成本
        TwinCAT 让用户能够非常自由地选择编程语言：除了面向对象的扩展 IEC61131-3 标准语言扩展外，C 和 C++ 现在也可用作实时应用程序的编程语言。例如，通过集成 Matlab?/Simulink? ， TwinCAT 3 也可以用于设备仿真和载荷计算。

基于 PC 的自动化控制技术可以提供一个功能强大的控制器，它能够将一个风力发电机组的所有组件 — 例如变桨、发电机、变频器和制动器的操作管理和控制，以及状态监测和风场网络监控 — 都整合到同一个平台上。