英國推出“2030 年全民風(fēng)電”計劃，即到 2030 年用海上風(fēng)電為全英所有家庭供電。根據英國的英國推出“2030 年全民風(fēng)電”計劃，即到 2030 年用海上風(fēng)電為全英所有家庭供電。根據英國電網(wǎng)數據顯示，一月份某一天風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量達到了 19,835 兆瓦，足以滿(mǎn)足英格蘭一半以上的供電需求，充分證明了風(fēng)力發(fā)電的巨大潛力。加大可再生能源的投資力度對全球實(shí)現 2050 年“凈零排放”目標至關(guān)重要。Acteon 集團旗下的 Pulse Structural Monitoring 公司受委托為新風(fēng)電場(chǎng)中所選的風(fēng)機基礎提供監測解決方案，整個(gè)解決方案，尤其是在整個(gè)設計過(guò)程中，使用了大量倍?；?PC 的控制產(chǎn)品和 EtherCAT 測量端子模塊。

據 Pulse 稱(chēng)，英國在海上電力領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位，其裝機容量超過(guò)其他任何國家。但由于海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機組運行環(huán)境惡劣，因此需要持續監測整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機組的運行狀態(tài)。通過(guò)持續監測風(fēng)機、葉片和基礎結構承載性能，例如，這可以為計劃內維護和設計驗證決策提供數據支撐，避免意外停工或發(fā)生故障進(jìn)行昂貴的修理。

測量端子模塊適用于惡劣環(huán)境

風(fēng)機的環(huán)境負荷和運行負荷會(huì )影響動(dòng)態(tài)負載的結構的所有部分。塔基部分的作用是支持風(fēng)輪發(fā)電機（WTG）的載荷，提供穩定性并吸收額外的載荷。塔基的結構健康被認為是自塔頂往下的結構中對風(fēng)電機組的性能和支持至關(guān)重要的部分。海上風(fēng)機結構的結構健康監測（SHM）系統可以監測風(fēng)機基礎的腐蝕與動(dòng)態(tài)疲勞應力。腐蝕監測雖然是一個(gè)重要的測量參數，但其性質(zhì)決定了它對時(shí)間的要求并不高。相比之下，疲勞狀態(tài)和模態(tài)特性監測是風(fēng)力發(fā)電機組結構最重要的 SHM 技術(shù)之一。

Pulse Structural Monitoring 為全球可再生能源行業(yè)客戶(hù)提供配備倍福技術(shù)的基礎 SHM 系統。Pulse 使用倍福的各種 I/O 端子模塊集成傳感器，因而能夠確保在整個(gè)結構中進(jìn)行帶時(shí)間戳的數據采集。例如，Pulse 采用的 ELM370x 模塊是一款 EtherCAT 模擬量輸入測量端子模塊。這些 ELM 模塊具有較高的靈敏度和測量能力，通常用于實(shí)驗室，也可以集成到工業(yè)環(huán)境中。此款端子模塊可以測量 30 多種不同的電氣信號，是一款異常靈活的測量模塊，適用于各種傳感器。若要精確確定整個(gè)結構高度的結構整體性，確保風(fēng)力發(fā)電機組的運行效率，需要在塔筒自身的四個(gè)層面上都布置測量點(diǎn)。這意味著(zhù)需要分布式布署 I/O，使其可以靠近加速計和全橋應變計的安裝位置。在塔頂部分，每一層都需要兩個(gè) ELM3704 模塊采集不同的信號，一個(gè) 用于通信的 EK1100 EtherCAT  耦合器和一個(gè)用于供電的 PS1011 電源。它們都是全封閉的，并在規定的高度上通過(guò)磁力吸附在塔壁上，以獲取整個(gè)塔筒的精確數據。

在溫度數據采集方面，Pulse 使用的是倍福標準的模擬量輸入 RTD EtherCAT 端子模塊 EL3202，它提供的數據可以運行補償算法。Pulse 在其風(fēng)力發(fā)電機組基礎上使用 EtherCAT 及其分布式時(shí)鐘功能，表明他們致力于實(shí)現高精度監測，并由此實(shí)現同步數據。這種同步是分析整體結構重要數據的關(guān)鍵，能夠以精確時(shí)序從沿著(zhù)結構長(cháng)邊、塔頂以及單樁基礎布署的高精度加速計、應變計和溫度傳感器中采集數據。

同步數據通信

在通信方面，Pulse 采用了倍福的 EtherCAT 現場(chǎng)總線(xiàn)，并布署了通過(guò)一根電纜實(shí)現供電和通信的 EtherCAT P 技術(shù)。EtherCAT P 和 EtherCAT/Ethernet 供電（ENP）有助于規避向塔頂的傳感器和分布式 I/O 供電困難的普遍問(wèn)題。EtherCAT P 和 ENP 系統可以通過(guò)一根電纜實(shí)現供電和通信，并在整個(gè)結構中采用菊花鏈拓撲結構連接現場(chǎng)總線(xiàn)。Pulse 甚至還加入 EtherCAT 技術(shù)協(xié)會(huì )，開(kāi)發(fā)他們自己的海底數據管理平臺和基于 EtherCAT 的 INTEGRIpod-NX2 運動(dòng)監測產(chǎn)品。

“我們這個(gè)行業(yè)最重要的財富是數據?！盤(pán)ulse Structural Monitoring 公司解決方案架構師 Stephen Harford 解釋道?！癊therCAT 的速度已經(jīng)很快了，這對于同步和獲取我們所需的數據至關(guān)重要。并且 EtherCAT 在每個(gè)層級都有分布式時(shí)鐘，讓我們能夠采取進(jìn)一步的處理措施并保持完全同步。有了倍福，我們就能夠始終保證技術(shù)品質(zhì)?！?/p>

Stephen Harford 也很重視合作伙伴關(guān)系：“倍福還盡一切努力幫助我們控制緊張的風(fēng)電場(chǎng)項目進(jìn)度。他們在每個(gè)階段都積極為我們提供技術(shù)支持，當我們因時(shí)間緊張無(wú)法按時(shí)完成項目進(jìn)度時(shí)，他們就會(huì )馬上派人過(guò)來(lái)給我們培訓。因此我們很希望能與倍福能在其它項目上繼續合作?！?/p>

基于 TwinCAT 實(shí)現數據管理

一臺安裝有 TwinCAT PLC（TC1200）和 Windows 10 IoT 的倍福 CX2062 嵌入式控制器負責集中采集傳感器中的所有數據。選擇 CX2062 是因為它可以靈活地擴大內存、添加接口和擴展數據處理能力，可以運行 TwinCAT runtime 軟件和 Pulse 公司開(kāi)發(fā)的數據管理和處理應用程序。倍福提供了一個(gè)開(kāi)放的免費版 DLL，因而能夠通過(guò) ADS 訪(fǎng)問(wèn) TwinCAT 系統內的所有實(shí)時(shí)數據。Pulse 既能夠使用這個(gè)開(kāi)放式平臺分析數據，又能通過(guò)該平臺將數據直接發(fā)送到上位 Scada 系統中，為進(jìn)一步了解風(fēng)機的健康狀況提供數據支撐。

倍福英國分公司產(chǎn)品經(jīng)理 Beth Ragdale 解釋道：“這個(gè)項目最棒的部分在于，我們可以利用我們以前在可再生能源領(lǐng)域的積累工作經(jīng)驗，向 Pulse 提供我們在這個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識。我們還提供了從標準 I/O 端子模塊到高精度測量模塊的所有產(chǎn)品，并通過(guò)將供電和通信整合于一體的單電纜解決方案幫助 Pulse 簡(jiǎn)化了安裝工作。因此我們對雙方未來(lái)的合作感到非常興奮?！?/p>

控制柜內配備 CX2000 嵌入式控制器和直接插接的 ELM 系列測量端子模塊（圖片中心）、CU8130 UPS（左上）以及 PS2000 電源（右上）