应用案例 | 基于 PC 的控制技术助力实现任何气候条件下的风力发电机组安装

据丹麦 Seasight Solutions 公司所言，风力发电机组装机正经历一场真正的技术变革，引起全行业热议。这一创新的解决方案巧妙地采用与真人大小相仿的螺旋桨，有效补偿风力影响，确保转子叶片与轮毂间的精准定位。这一技术突破允许在不使用牵引绳的情况下安全快速地组装这些巨大的部件，即便是在狂风暴雨等恶劣天气条件下也能顺利完成组装工作。然而，要成功实现这一点，离不开复杂的控制解决方案和实时自动化技术的强力支撑，这正是倍福基于PC的控制技术能够大显身手的舞台。

随着技术的不断发展，风力发电机越建越高，叶片越来越长，风电装机数量也正以前所未有的速度激增。鉴于上述因素，确保风力发电机组的安装速度与安全，无论风向与风力强度如何，亦或是安装在湖边还是森林深处，都显得至关重要。“目前，叶片的安装主要依赖于吊装技术，以确保每一片叶片都能够精准无误地垂直固定于既定位置。”丹麦 Hvide Sande Shipyard A/S 公司自动化技术主管 Mads Susgaard 解释道。问题在于，此类地点的特殊性使得传统的安装辅助设备往往很难使用，而恶劣天气的不可预测性加剧了安装进度的不可控性，往往会导致安装计划遭受重大挫折，容易造成工期延误。

为了保障叶片在强风环境下仍能保持精准定位，亟需一个高性能的自动化平台。Seasights Solutions 为此找到了理想的控制解决方案，即基于 PC 的控制平台和 TwinCAT 软件。

从 Hvide Sande Shipyard 分拆出来的 Seasight Solutions A/S 公司与风力发电机组制造商 Vestas Wind System A/S 共同开发出来的自主定位系统 (APS) 成功解决了这些长期以来困扰行业的难题。“我们运用螺旋桨技术来平衡并稳固叶片的动量，确保起吊过程的安全性以及定位时的稳定性。”Mads Susgaard 强调道。

叶片的最大定位精度

面对极端天气，无论是严寒或酷暑，也无论暴风雨多么肆虐，亦或吊装场地的地势如何复杂，APS 根据预设的开关点把叶片稳定的保持在吊装工装上。控制系统会持续记录所有数据，然后利用这些数据来进行控制寻优。成果极为显著：即使风速高达 14 米/秒（风力 6 级）的极端条件下，叶片仍能在风中保持出色的稳定性和定位精度。起重机因此成为了性能瓶颈，其安全速度限值往往被设定为 12 米/秒。由于低能见度和强风不再成为障碍，工作日数量也因此增加了 50% 多。“这意味着风电企业能够节约大量时间和成本。”Mads Susgaard 激动地指出了 APS 系统所能带来的巨大优势。

这套已经获得专利的系统已在长达 85 米的叶片上成功完成测试，未来有望应用于长度超过 100 米的叶片。该解决方案还经受住了挪威北部与芬兰北部的恶劣环境与地形的考验，那里的酷寒气候条件和复杂多变的地形地貌给风机的安装带来了真正的挑战。与此同时，已有超过 1000 个组件通过 APS 吊装到指定位置并完成组装。

人们一般会倾向于使用定制的电子设备完成这项任务。但有了 TwinCAT 和基于 PC 的控制技术，我们现在拥有了前所未有的灵活性，能够迅速响应需求，对软件进行即时调整和优化。                                             —— 自动化专家

基于 PC 的控制技术助力提升系统灵活性和整体性能

Seasight Solutions 提供的所有解决方案，包括螺旋桨和软件，都由公司自主研发而成，并深深依赖倍福自动化技术。高性能的工业 PC 和 TwinCAT 软件是解决方案的核心，确保关键应用中的高精度及稳定性。这是因为想要以极快的速度计算出叶片位置，并依据计算结果调整螺旋桨或其电机转速以实施纠正措施，离不开强大的计算和处理能力的支撑。“控制系统的独特之处在于 PLC 能够实时估算出 APS 的位置。”Mads Susgaard 解释道。更确切地说，PLC 以超过 1 kHz 的高频率进行估算。螺旋桨的速度正是基于这些高频扫描结果进行控制的。Mads Susgaard 说道：“在研发第一台原型机时，为了获得位置控制所需的周期时间，我们在控制器性能方面没有设置任何限制。” 超紧凑型工业 PC（如 C6015）已成为我们控制计算机的最优选择。

C6015 超紧凑型工业 PC 与 EtherCAT 和 TwinSAFE 端子模块配合使用，实现了低于 1 毫秒的极短周期时间。                                                                          —— Hvide Sande Shipyard A/S 自动化技术部主管Mads Susgaard

针对当前及未来的自动化任务，标准化且用户友好的软件对于 Seasight Solutions 而言无疑是不可或缺的要素之一。“TwinCAT 是我们编程和实时控制的首选软件。当客户订购我们为其量身打造的高科技解决方案时，我们必然也会郑重承诺，在多年稳固合作协议框架下，持续监控其性能表现，并不断优化升级。这就有赖于我们区域服务合作伙伴提供的全天候支持服务，以及他们可靠的远程维护能力。毕竟，风力发电机组往往安装在远离最近服务基地的偏远地带。“为了确保 APS 不仅能够稳定运行，还能帮助运营商成功应对项目进度紧张的问题，避免造成成本高昂的工期延误，我们迫切需要一款功能强大的诊断软件，并搭建与丹麦支持中心及各个服务团队之间无缝对接的沟通桥梁。”Mads Susgaard 说道。

迄今为止，公司已在全球范围内成功实施了 25 套 APS 系统，包括欧洲、美国、澳大利亚、非洲和越南等国家及地区。公司的目标是每年销售 50 套系统。其它很多行业也有望从这一创新的解决方案中获益，因为 APS 系统还能够实现起重集装箱、建筑构件和预制混凝土构件的精准定位。“我们对 APS 系统寄予了极大的期望，无论是在本地市场还是全球范围内，无论是在风电行业还是其它领域，它都展现出了巨大的潜力和价值。”Mads Susgaard 总结道。