Durchgängige Steuerungsplattform für Windkraftanlagen

Die Beckhoff Steuerungsarchitektur passt perfekt zum Anforderungsprofil der Windenergiebranche: Offenheit und Skalierbarkeit, Flexibilität beim Steuerungsdesign und ein hoher Integrationsgrad. Für alle Produktbereiche, von den Industrie- und Embedded-PCs, über die Bedienpanels und die I/O-Komponenten bis hin zur Automatisierungssoftware, bieten wir leistungsmäßig exakt skalierbare, modulare Lösungen. Schnittstellen für alle gängigen Feldbusse und die große Signalvielfalt unserer I/O-Module decken alle für die Windkraft relevanten Signalarten und Feldbussysteme ab. Wie aus einem Baukasten kann der Anwender aus Beckhoff Standardkomponenten eine leistungsgerechte Steuerung für seine Windenergieanlage konfigurieren. Auch nachträgliche Erweiterungen und Änderungen sind aufgrund der Modularität dieser Lösung problemlos und ohne großen Kostenaufwand möglich. Die integrierte PC-Steuerungsplattform eliminiert die Black Boxes hardwarebasierter Sicherheits- oder Überwachungslösungen und sorgt für ein effizientes Zusammenwirken aller Systemkomponenten. Die Vorteile auf Seiten des Nutzers sind die erhöhte Verfügbarkeit und damit die Effizienz seiner Windenergieanlage sowie die Reduktion von Hardware- und Engineering-Kosten. Das Aufsetzen unserer Technologie auf industriellen Kommunikationsstandards, wie der IEC 61400-25, Ethernet TCP/IP und OPC, gewährleistet dem Anwender darüber hinaus eine hohe Investitionssicherheit.

Mit PC-based Control profitieren Sie von:

• einer durchgängigen Steuerungsplattform für Betriebsführung, Pitchregelung, Parkvernetzung und Azimut-System
• hoher Flexibilität beim Steuerungsdesign
• leistungsmäßiger Skalierbarkeit
• modularer Erweiterbarkeit
• reduzierten Hardware- und Engineering-Kosten
• erhöhter Effizienz und Wirtschaftlichkeit
• verbesserter Wettbewerbsfähigkeit

EtherCAT: der Feldbus für die Windindustrie!

EtherCAT als Feldbussystem verfügt über alle notwendigen und wünschenswerten Eigenschaften für die Vernetzung in der Windenergieanlage und im Windpark. Aufgrund seiner hohen Bandbreite übernimmt EtherCAT nicht nur die Verarbeitung sämtlicher Standardsignale, sondern auch hochgenaue Messtechnik und Sicherheitstechnik. Feldbusmaster von Standardfeldbussen lassen sich problemlos im Feld realisieren. Dabei kann das System auch kabelredundant aufgebaut werden. EtherCAT ist selbst in Subsystemen, welche höchste Anforderungen an die Geschwindigkeit und die Zeitsynchronität stellen, wie zum Beispiel in Umrichtern, zu finden.

XFC: die Grundlage für Condition Monitoring und Netzdiagnose

Unsere Messtechnik-, Condition-Monitoring- und Netzdiagnose-Klemmen nutzen die Oversampling-Technologie, um Rohdaten der Messung mit bis zu 100 kHz direkt in die CPU zu übertragen. Eine Vorverarbeitung der Daten und ein damit verbundener Datenverlust in der Klemme entfällt und versetzt den Nutzer in die Lage, alle Daten zur Diagnose zu nutzen und sich dabei den Softwarewerkzeugen seiner Wahl zu bedienen. Die Distributed-Clocks-Funktion der EtherCAT-Klemmen erlaubt die Synchronisation aller Daten in der Windenergieanlage oder auch im Windpark auf ein Zeitfenster deutlich kleiner als 1 µs.

Schaltschranklose Automatisierung mit dem MX-System

Das MX-System ermöglicht erstmals vollständig schaltschranklose Automatisierungslösungen im Maschinen- und Anlagenbau. Der aus einem Baukasten entstehende Verbund aus Baseplate und Funktionsmodulen vereint alle Aufgaben und Eigenschaften eines Schaltschrankes: Energieeinspeisung, -absicherung und -verteilung, Erzeugung und Überwachung von Hilfsspannungen, Ablaufsteuerung mit den Ein- und Ausgängen, Ansteuerung von Motoren und Aktuatoren sowie die Anschlussebene für die Feldgeräte. Die vollumfängliche Systemintegration aller Maschinenfunktionalitäten erfolgt über frei wählbare IPC-, Koppler-, I/O-, Drive-, Relais- und Systemmodule, die applikationsspezifisch konfiguriert und kombiniert werden können.

Der durchgehend systemische Ansatz ganzheitlich aufeinander abgestimmter und nach internationalen Standards zertifizierter Baugruppen verringert die Aufwände für Planung, Zusammenbau, Maschineninstallation sowie Instandhaltung enorm. Da erheblich weniger Komponenten als im klassischen Schaltschrankbau zur Realisierung der gleichen Anforderungen benötigt werden, wird das gesamte MX-System im Vergleich zu bisherigen Lösungen deutlich kompakter. Der Anlagen-Footprint wird reduziert, zudem erhöhen sich Anlagenverfügbarkeit und -flexibilität. In jeder Phase des Lebenszyklus einer Steuerungsanlage bietet das MX-System deutliche Vorteile gegenüber dem klassischen Schaltschrank.

TwinCAT 3 Wind realisiert Industrie-4.0-Konzepte für die Windenergie

Mit der zunehmenden Bedeutung der Windenergie und der Errichtung großer Windparks steigen auch die Anforderungen an die Verfügbarkeit und Diagnosefähigkeit der Windenergieanlagen und die schnelle Reaktionsfähigkeit der Netze. Industrie-4.0-Technologien können hier zum direkten Nutzen von Anlagenherstellern, Stromerzeugern, -verbrauchern und Netzbetreibern eingesetzt werden.

Mit TwinCAT 3 Wind, dem Software-Framework zur Automatisierung von Windkraftanlagen, greift Beckhoff die Ideen und Methoden von Industrie 4.0 auf und stellt sie den Nutzern in Form von sicherer vertikaler und horizontaler Kommunikation, Big Data und durchgängigem Engineering zur Verfügung. Mehr als 100 Mannjahre Erfahrung sind in die Erstellung dieses Frameworks eingeflossen.

Leistungsstark, zuverlässig, flexibel erweiterbar: die Embedded-PC-Serie für Steuerungsaufgaben in Windenergieanlagen

Die kompakten Hutschienen-PCs der Serie CX mit direkt anreihbarer I/O-Ebene bieten eine platzsparende Industrie-Steuerung im Schaltschrank. Unser umfangreiches Produktspektrum an Embedded-Controllern umfasst für jede Anwendung ein auf Budget, Leistungsklasse und Komplexität der Steuerungsaufgabe zugeschnittenes Gerät. Die einzelnen Geräte der CX-Serie unterscheiden sich, neben der CPU, in den verfügbaren Systemschnittstellen und Netzteilvarianten und lassen sich als modulares Steuerungssystem je nach Aufgabenstellung in der Windanlagensteuerung zusammenstecken und erweitern.

Die CX-Familie umfasst mehrere CPU-Grundmodule mit unterschiedlichen Prozessoren zur leistungsgerechten Anpassung an die jeweilige Steuerungsaufgabe. Für die Ausstattung einer Standard-Windkraftanlage haben sich die CPUs der Embedded-PC-Serie CX51xx in Tausenden von Anwendungen bewährt. Für hoch performante Anwendungen, welche z. B. die Messtechnik einschließen, bietet sich als lüfterlose Variante der CX2030 an. Die CX-Familie der Arm^® Baureihe wird gerne als Pitchregler in der Nabe eingesetzt.

EtherCAT-Steckmodule reduzieren Einbauraum und Verdrahtungsaufwand in Windenergieanlagen

Mit den EtherCAT-Steckmodulen steht Ihnen ein vorgefertigtes I/O-System zur Verfügung, welches mit seiner hochkompakten Bauform sowohl den Einbauraum als auch den Verdrahtungsaufwand erheblich reduziert. Gerade für die Steuerung von Windenergieanlagen, in denen oft ein sehr geringes Platzangebot zur Verfügung steht, ist das besonders wichtig.

Die EtherCAT-I/O-Steckmodule basieren elektronisch auf den bekannten EtherCAT-Klemmen und bieten auch deren große Signalvielfalt. Ihre elektromechanische Konstruktion ermöglicht das direkte Stecken auf ein anwendungsspezifisches Signal-Distribution-Board, von wo aus die Verdrahtung über Steckverbinder mit vorkonfektionierten Kabeln fortgeführt wird. Viele der sonst im Schaltschrank verbauten Komponenten sind dabei als steckbare Module auf dem Board untergebracht wie z. B. Relais, Sicherungen oder Überspannungsschutz. So lässt sich, gerade bei Serienfertigungen mit hohen Stückzahlen, der Platzbedarf bei gleichzeitig geringeren Kosten reduzieren. Dies bedeutet einen signifikanten Fortschritt in der Automatisierung von Windenergieanlagen.

EtherCAT-Klemmen integrieren Netzmonitoring und Leistungsmessung in die Steuerung

Zur unabhängigen Leistungsmessung und Netzdiagnose bieten wir eine sehr leistungsfähige und kostengünstige Variante an:

• Die EL3453 misst galvanisch entkoppelt 3-Phasen-Strom (bis 5 A) und 3-Phasen-Spannung (bis 690 V). Die daraus resultierenden Mittelwerte wie Leistung, Frequenz, cos φ usw. und natürlich Strom und Spannung, werden nach jeder halben Netzperiode (10 ms) an die CPU übertragen.
• Ausgestattet mit den gleichen physikalischen Eigenschaften wie die EL3453, misst die EL3783 Strom und Spannung mit einer Frequenz von 20 kHz. Aus diesen Rohdaten können auf der CPU sämtliche Mittelwerte (z. B. mit Hilfe der TwinCAT-Power-Monitoring-Bibliothek TF3650) berechnet werden. Dabei ist es möglich, eine Netzanalyse bis zur 110ten Harmonischen durchzuführen.

Platzsparend und leistungsstark: Steuerung von Windenergieanlagen mit dem C65xx

Die größte lüfterlose Performance bietet die Baureihe C65xx in der Ausstattung mit Intel^® Core™ i7-Prozessor. Die Industrie-PC-Serie ist für den Einbau in die Schaltschrankwand oder in die Rückwand eines Steuer- oder Bediengehäuses konzipiert. Dabei wird der Kühlkörper des Industrie-PCs in einem passenden Ausschnitt durch die Schaltschrank- oder Gehäusewand nach außen geführt; die vorhandene Verlustleistung von Prozessor und Chipsatz wird so direkt an die Umgebung abgegeben. Integrierte Dichtungen sorgen für einen IP65-Abschluss. Dadurch wird eine hohe thermische Stabilität bei gleichzeitiger Lüfterlosigkeit ermöglicht. Industrie-PCs vom Typ C65xx können so völlig frei von rotierenden Teilen aufgebaut werden.

In vielen Windenergieanlagen, auch Offshore, und im Windpark spielt diese Industrie-PC-Baureihe ihre hohe Performance in der Steuerung der Anlage oder des Windparks aus.

Genormte Standardprotokolle vereinfachen die Kommunikation mit Windenergieanlagen

Mit der Zunahme von erneuerbaren Energien weltweit ist es notwendig geworden, dass Stromversorger und Netzbetreiber eine Kontrollmöglichkeit für diese „Kraftwerke“ erhalten. Zu diesem Zweck sind genormte Fernwirkprotokolle entwickelt worden, welche als Bibliotheken im TwinCAT Automatisierungssystem zur Verfügung stehen.