文 | 王思銥

巴魯夫：用智能傳感器提高風(fēng)電機(jī)組的可靠性

文 | 王思銥

經(jīng)過十多年的發(fā)展，中國風(fēng)電行業(yè)已經(jīng)步入穩(wěn)定增長的階段，市場對于機(jī)組的性能和質(zhì)量也提出了更高的要求。更先進(jìn)的技術(shù)及更高的零部件可靠性是保證風(fēng)電機(jī)組長期穩(wěn)定運(yùn)行、推動行業(yè)健康有序發(fā)展的基礎(chǔ)，同時也為持續(xù)降低度電成本提供了更大的空間。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，通過智能化技術(shù)提升機(jī)組可靠性的概念被不斷提出。國內(nèi)許多廠家都提出了自己的解決方案，如智能控制、智能運(yùn)維等。

這些智能技術(shù)的核心是通過更復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析算法，在當(dāng)前已有的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，分析并預(yù)測機(jī)組和部件的運(yùn)行情況。事實(shí)上，從數(shù)據(jù)智能化角度本身而言，尤其是我們常提到的大數(shù)據(jù)，如果能夠獲得更多、更精確、更可靠的機(jī)組實(shí)時數(shù)據(jù)，無疑對于提高機(jī)組可靠性而言有著更實(shí)際的意義。無論是從提升功率、降低載荷方面，還是故障診斷方面來說，傳感器作為數(shù)據(jù)采集的核心來源，在這其中起到了舉足輕重的作用。

在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域有著近30年行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的巴魯夫，針對提升機(jī)組可靠性給出的答案是智能傳感器解決方案。擁有近100年歷史的巴魯夫，是國際領(lǐng)先的自動化解決方案廠商，該公司以智能傳感器為依托，使得客戶可以直接打通從上層PLC到下層傳感器的整個網(wǎng)絡(luò)連接，從而實(shí)現(xiàn)對整個風(fēng)電系統(tǒng)的掌控。巴魯夫中國區(qū)總經(jīng)理托馬斯·薩拓思告訴《風(fēng)能》雜志記者：“作為自動化技術(shù)廠商，我們應(yīng)該意識到，提供系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和整合性能，才能保證客戶一直處于市場前沿。對于巴魯夫而言，我們不只強(qiáng)調(diào)技術(shù)，更看重解決方案，更高的附加值是我們對客戶的承諾?！?/p>

那么巴魯夫究竟如何通過智能傳感器提高風(fēng)電機(jī)組的可靠性，給客戶提供更多的附加值呢？

提供更豐富的傳感器信息

普通的傳感器只能提供標(biāo)準(zhǔn)的I/O信號。相信很多風(fēng)電從業(yè)人員都有過這樣的經(jīng)歷：風(fēng)電機(jī)組在正常運(yùn)行過程中，控制系統(tǒng)忽然提示一些故障信息并立刻停機(jī)，當(dāng)工程師來到現(xiàn)場之后，經(jīng)過檢查卻并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的故障源。這種情況有可能就是因?yàn)閭鞲衅餍盘杹G失或者給出了錯誤的信號所引起的。

巴魯夫基于IO－Link的智能傳感器能夠有效地防止類似情況的發(fā)生。除了標(biāo)準(zhǔn)的I/O信號，傳感器還能夠?qū)⒏嗟膶?shí)時狀態(tài)數(shù)據(jù)，例如短路、斷路、供電等診斷信息傳輸給控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對于傳感器自身狀態(tài)的連續(xù)診斷。除此之外，對于一些功能更復(fù)雜，需要進(jìn)行參數(shù)配置的傳感器，也可以通過控制系統(tǒng)進(jìn)行自動配置。

IO－Link是第一個開放的國際智能傳感器標(biāo)準(zhǔn)，采用統(tǒng)一并且通用的控制技術(shù)接口，獨(dú)立于現(xiàn)場總線，通過串行的雙向點(diǎn)對點(diǎn)連接方式，接收或者發(fā)送I/O信號、配置數(shù)據(jù)、診斷數(shù)據(jù)或其他過程數(shù)據(jù)。

由于IO－Link采用了串行通信方式，比起常規(guī)的模擬量信號有著更強(qiáng)的抗干擾能力。而且只需要采用非屏蔽的三芯/四芯電纜就能夠?qū)崿F(xiàn)與控制器的通信，最長通信距離可以達(dá)到20米，也沒有特殊的接地要求，不但能夠有效解決風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部的電磁干擾問題，而且大幅降低了接線的成本。

一個標(biāo)準(zhǔn)的IO－Link通信網(wǎng)絡(luò)（如圖1所示），主要包括3個層面，智能傳感器、IO－Link主站模塊以及控制器PLC，IO－Link主站模塊支持各類主要的總線協(xié)議，例如Beckhoff系統(tǒng)的EtherCAT協(xié)議，應(yīng)用起來非常簡便快捷。

開發(fā)更全面的定制化產(chǎn)品

經(jīng)過近30年在風(fēng)電行業(yè)的摸索，巴魯夫?yàn)轱L(fēng)電機(jī)組定制了大量的感器應(yīng)用方案，幾乎覆蓋了風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)的各個方面（如圖2所示）。

其中最有代表性的就是用于測量液壓變槳系統(tǒng)槳距角的微脈沖位移傳感器，如圖3所示。對于風(fēng)電機(jī)組而言，要提到可靠性，就不得不提到液壓變槳系統(tǒng)。目前國內(nèi)變槳系統(tǒng)主要采用電變槳方式，一個主要原因就是業(yè)內(nèi)認(rèn)為液壓變槳系統(tǒng)容易出故障。事實(shí)上在歐洲，維斯塔斯、西門子以及歌美颯等主要整機(jī)廠商均采用液壓變槳的方式。從技術(shù)角度分析，液壓變槳在系統(tǒng)性能、可靠性以及綜合成本方面比起電變槳系統(tǒng)都更有競爭力，尤其對于未來的海上風(fēng)電機(jī)組更是如此。

巴魯夫通過和這些知名的整機(jī)廠合作，開發(fā)了專門針對液壓變槳系統(tǒng)的微脈沖位移傳感器BTL。微脈沖傳感器BTL采用了磁致伸縮的原理，安裝在液壓變槳系統(tǒng)的液壓油缸中，通過精確檢測磁環(huán)的運(yùn)動位置來測量活塞桿的位移，從而監(jiān)測葉片槳距角。相比起其他位移檢測方式，微脈沖傳感器精度更高，而且也是采用非接觸式的測量方式，使得系統(tǒng)更加可靠。

推薦更可靠的應(yīng)用方案

從工作原理角度分析，傳感器本身并沒有什么特殊之處，真正能夠體現(xiàn)出傳感器價值的地方在于具體的應(yīng)用方案。而且應(yīng)用所選擇的傳感器原理越簡單，其穩(wěn)定性也自然越高，隨之也必然能夠使得整個系統(tǒng)的可靠性更高。

巴魯夫電感式傳感器就是一個非常具有代表性的案例，如圖4所示。電感式傳感器又俗稱電感式接近開關(guān)，采用了很常見的電磁感應(yīng)原理，當(dāng)傳感器靠近或者離開金屬物體時，會輸出高/低電平信號。雖然工作原理很簡單，但是將電感式傳感安裝在風(fēng)輪鎖定盤或者高速軸聯(lián)軸器上，就能精確地測量風(fēng)輪或者高速軸的轉(zhuǎn)速，而且如果同時將2個電感式傳感器以一定的位置和角度配合安裝，還能夠測量風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速。由于電感式傳感器原理簡單，成本低，而且可靠性又高，目前基本上是主要風(fēng)電機(jī)組制造廠家的首選方案。

從成本組成來看，也許傳感器對于風(fēng)電機(jī)組而言，只是很小的一部分。但是作為控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的源頭，卻有著不可忽視的重要性。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，巴魯夫提供的可靠的智能傳感器解決方案，將有助于用戶實(shí)現(xiàn)向智能化的成功轉(zhuǎn)型。