Unternehmenszentrale Schweiz
Beckhoff Automation AG
Schnelle Steuerungstechnik gleicht Rotorblattbewegungen durch Windlast zuverlässig aus
Präzise gesteuerte Stresstests steigern die Verfügbarkeit
Goldwind, China
Basierend auf PC- und EtherCAT-Technologie stellt Beckhoff weltweit erprobte Systemlösungen für Windenergieanlagen zur Verfügung: Mehr als 125.000 Windenergieanlagen bis zu einer Größe von 16 MW wurden weltweit mit unserer Technik automatisiert. Dabei passt unsere Steuerungsarchitektur perfekt zum Anforderungsprofil der Windenergiebranche: Offenheit und Skalierbarkeit, Flexibilität beim Steuerungsdesign und ein hoher Integrationsgrad. Alle Vorgänge, von der Betriebsführung, über die Pitchregelung, die Umrichter-, Getriebe- und Bremsenansteuerung bis hin zur Windparkvernetzung werden auf dem Industrie-PC in Software zum Ablauf gebracht. Sicherheitstechnik und Condition Monitoring werden durch entsprechende I/O-Module nahtlos in den Klemmenstrang integriert. Eine gesonderte CPU kann damit entfallen. Das Echtzeit-Ethernet-System EtherCAT bietet volle Ethernet-Kompatibilität und hervorragende Echtzeiteigenschaften. Darüber hinaus zeichnet es sich durch flexible Topologie und einfache Handhabung aus. Mit dem TwinCAT 3 Wind Framework steht dem Anlagenbauer ein Softwaretool zur Verfügung, das ihn optimal bei der Programmierung seiner Anlagen unterstützt und den Industrie-4.0-Ansatz in die Windenergie portiert. Ein weiterer Vorteil: über Feldbusmaster- oder -slaveklemmen lassen sich unterlagerte Feldbusse, wie CANopen, PROFIBUS und Ethernet TCP/IP zur Ansteuerung von Subsystemen ins Feld verlagern. Speziell für die Windkraftbranche entwickelte Softwarebibliotheken und Hardwarekomponenten runden das breite Lösungsspektrum von Beckhoff ab.
Das in mehr als 20-jähriger Zusammenarbeit mit Anlagenbauern erworbene Know-how in der Windenergie macht uns zu einem zuverlässigen Partner mit hoher Lösungskompetenz. Unser Kompetenzteam Wind in Lübeck bietet – zusammen mit den internationalen Beckhoff Tochterfirmen – weltweiten Support auf allen Gebieten der Windenergieanlagensteuerung: Das Leistungsspektrum reicht von der Entwicklung applikationsspezifischer Softwarebibliotheken über die Inbetriebnahmeunterstützung bis hin zum Schaltschrankbau. Ganz nach den Vorgaben des Kunden übernimmt unsere Engineering-Abteilung den kompletten Schaltschrankbau, angefangen vom Schaltplanentwurf bis zur Prototypen- oder Serienfertigung.
Mit PC-based Control steht eine durchgängige Steuerungslösung für die Betriebsführung und die Pitchregelung von Windkraftanlagen zur Verfügung.
Das dezentrale Antriebssystem AMP8000 mit integrierter Servofunktionalität optimiert den Windertrag.
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:
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Zur unabhängigen Leistungsmessung und Netzdiagnose bieten wir eine sehr leistungsfähige und kostengünstige Variante an:
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.
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.
