25-02-2018 20:32:42

Den 18. april 2018 sætter vi fokus på mulighederne i embeddede teknologier. Tilmeld dig i dag og bliv fyldt med inspiration og ny faglig viden.

Bedre effektivitet i vindturbiner med intelligent måle- og kontrolsystem

Med det stigende energiforbrug, hvilke energikilder kan så opfylde verdens forbrug? Fossilt brændsel er ikke en uendelig ressource, men vinden blæser jo overalt på kloden. Vind er bæredygtig, forudsigelig, let at udnytte, ren og kommercielt bæredygtig. Data viser, at i år 2020 kan op mod10 procent af verdens energibehov blive dækket af vind, og dermed er vindenergi en industri på linie med olie og gas
System installeret  indvendigt i et blad  til en vindmølle.
System installeret indvendigt i et blad til en vindmølle.

Vestas er som en af verdens førende vindturbineproducenter fuldt ud dedikeret til udvikling af løsninger inden for vindenergi. Virksomheden tegner sig for mange innovative energiprodukter, og det følgende handler om de studier, vi har foretaget inden for den behaviour, som bladene på vindturbinerne udviser. Målet var måling på, og styring af, bladene for at optimere vindturbinerne. Udfordringen lå måleteknisk i de multiple real-time målinger og kontrolopgaver, som disse målinger krævede.

Miljøet var også en udfordring, da systemet skulle placeres inden i vindturbinens blade, så målesystemet skulle opfylde kravene til maskiner og produkter, som arbejder under de værste vejrforhold. Kravet fra Vestas var samtidigt et alsidigt målesystem, som let kunne modificeres og vedligeholdes. Det foregående målesystem var baseret på installation af en række komponenter, som krævede en stor portion arbejde at rekonfigurere, hvis der var ændrede krav til målingerne. Det er noget af en udfordring i en vindturbine:

De færreste har lyst til at kravle op i toppen af en vindmølle for at ændre koden i et system efter installationen. Og da systemet var indbygget inden i vindturbinens blade, så skulle det foregående system stoppes, før man kunne komme til hard- waren. Netop derfor ønskede Vestas et system, som kunne programmeres fra jorden. Den software-definerede, embeddede hardwareplatform, som National Instruments kunne tilbyde i form af NI CompactRIO var et glimrende valg til den aktuelle opgave.

Fintuning af bladene ved 100 Hz
Valget af National Instruments’ produkter skyldtes behovet for en alsidig, ydedygtige og pænt robust platform til de udfordrende målinger. Den primære udfordring i udviklingen af et målesystem til optimering og styring af vindturbinens blade lå i konstruktionen af det avancerede målesystem, der kunne indpasses i de meget trange omgivelser inden i de tre vindmølleblade.

 De tre blade skulle opsamle data og kommunikere indbyrdes ved en frekvens på 100 Hz for at kunne fintune styringen af hvert enkelt blad. De opsamlede data skulle desuden lagres og vises på en server i jorden. Endeligt skulle systemet være skalerbart og alsidigt nok til at håndtere de ændrede specifikationer i takt med, at projektet skred fremad.

Løsningen blev konstrueret med en kombination af NI CompactRIO, NI EtherCAT og NI industrielle controllere samt NI’s LabVIEW systemdesign-software, der blev integreret i et intelligent måle- og styringssystem, der formåede at hjælpe Vestas til den ønskede optimering af bladene og dermed effektiviteten af vindturbinerne.

Systemet skulle måle forskellige sensorsignaler og derefter køre avancerede målealgoritmer i real-time for de opsamlede data. Resultaterne skulle - også i real-time - styre bladene. For at gøre den måletekniske udfordring endnu større, ville Vestas også genanvende data fra alle tre blade samtidigt. Denne systemarkitektur kunne underbygges med CompactRIO hardwaren og systemdesign-software.

 Da der i sagens natur lå en lang række potentielle problemer i opbygningen af så komplekst et måleteknisk system, så betød valget af den aktuelle NI LabVIEW-arkitektur, at Vestas valgte at samarbejde med en National Instruments Gold Alliance Partner i designet af arkitekturen. Valget faldt på CIM Industrial Systems A/S, da Vestas tidligere har samarbejdet med CIM med lignende projekter, og Vestas var derfor også trygge ved, at CIM ville kunne løse den temmelig krævende måleopgave.

Real-time embeddede controllere
CIM designede hardware med adskillige real-time embeddede controllere, et chassis med plads til senere udvidelse og NI’s cRIO-9025 NI 9144 EtherCAT NI 3110 industrielle controller med multiple målekanaler. Udgangspunktet var én master-controller, som kunne styre al kommunikation mellem de forskellige controllere inden i bladene og Vestas HUB-controller.

Data blev opsamlet med NI’s Scan Engine teknologi, så man frit kunne få adgang til data for de seks EtherCAT-chassiser ved 100 Hz. Data blev filtreret, skaleret og sendt til de to andre blade fra master-controlleren ved den samme frekvens med brug af CAN (controller area network) og NI-XNET. Når et blad modtog sammenlignelig information fra nabobladene, så kunne bladenes controller styre det aktuelle blad med en kombination af feed-forward og PID-styring (proportional integral derivative).

For at opfylde behovet for nye og ændrede specifikationer valgte CIM en modulær event-baseret kode, så hver software-komponent i target run’es uafhængigt af de andre. Det reducerer i høj grad testtiden og gav den fornødne fleksibilitet i takt med, at modulerne blev ændret, fjernet, enabled eller disabled for at følge de løbende hardware-modifikationer og ændringerne i CAN- eller TCP/IP-protokollen - eller simpelthen for at ignorere de frygtede knækkede RUNarrows.

Vestas havde både mange krav og en stram plan for gennemføring af det komplekse måle- og styringssystem, og den endelige løsning oversteg på flere felter de opstillede krav. NI’s software-definerede CompactRIO hardware-platform passede optimalt til formålet.

Løsningen gav et fleksibelt og alsidigt system, der kunne rekonfigureres i takt med, at nye krav opstod. Og det gav værdifulde målinger, blandt andet en datamængde, som hjalp Vestas til at observere flygtige fænomener og 2. og 3. ordens harmoniske. Den deterministisk og synkroniserede natur i målesystemet dannede samtidigt basis for den hurtige kontrol-loop, der var nødvendig for at kunne realisere projektet. Og erfaringerne fra projektet vil i høj grad hjælpe Vestas til yderligere at optimere effektiviteten af de førende vindturbiner.

NI’s CompactRIO- og LabVIEW-platform har vist sig at være en robust og alsidig platform, som Vestas vil fortsætte med at bruge. Fleksibiliteten i systemet gør platformen velegnet til måling og styring af projekter, hvor det endelige mål ikke altid står lige lysende klart fra projektets start

Nyeste IT-job fra Jobfinder

luk
close