风力发电机所面临的工作环境瞬息万变,如何使风机跟随瞬变的风向、风速,快速调整机舱迎风角度、桨叶迎风面积和控制发电机转速,直接影响着发电机的风能转换效率以及风机运行的安全性。迎风时,风机的多片桨叶的迎风面积应该根据风速随时调整。一方面防止风速过大,造成发电机产生超速运行的危险;另一方面,风速偏小时,还需要考虑如何调整以有效地吸收风能。除此之外,如果多片桨叶若未能同步调整迎风面,还会造成桨叶在受力不均的情况下旋转,引起额外的强烈振动,轻则造成加快内部轴承等零部件老化损坏,重则直接损毁风机,带来不必要的财产损失。在面临强发射干扰、强振动、高湿、极低温、海水腐蚀等恶劣环境时,针对不同的环境均会采取合适的优化方案。
倍加福(P+F)应用在风电行业的编码器产品,可以提供全方位的应用解决方案:RHI 90近海应用型增量编码器,可实现发电机的高精度速度控制,已经在兆瓦级风机应用多年,经受了近北极海上风场的实地考验;CVS58 CANopen现场总线型绝对值编码器,可实现变桨同步控制、滑环速度位置反馈、偏航角度定位,在直驱风机中大量运用。
从未来风机控制技术发展来看,实现智能化、远程监控和系统功能安全为必然趋势。倍加福不同于同行在编码器市场的考虑,虽然预先在风电行业引入了功能安全编码器的概念,但更倾向于在该行业力推现场总线技术,特别是目前市场炙手可热的实时以太网技术编码器,谨慎推荐现今国内风电行业最为流行的点对点通信的SSI同步串行接口。

SSI接口具有设计简单的优势,但没有形如现场总线技术严格要求的接收控制电路设计及布线标准,因此接口的抗电磁干扰能力相对薄弱,严重时会造成产品的烧毁,无法实现高可靠性的要求;点对点的通信形式,难以完美地完成多桨叶同步运动控制,倘若要实现同步运动控制,这将会增加控制器模块的设计成本,而且在远程监控和调试上,没有从上至下透明的协议通路,无法获取编码器运行状态等参数。
应用倍加福CANopen现场总线型编码器将会有效地解决这些问题。CVM58系列,采用机械多圈齿轮计数,可实现位置、速度、凸轮/极限开关的同时输出,电隔离接口芯片可以抵抗电瞬态脉冲群等强烈电磁骚扰,同时支持同步反馈等网络传输模式;该编码器具有更加智能的功能:可以查询编码器下载参数的版本/日期、历史故障代码和紧急报文信息,从而激活主动心跳和被动节点/寿命监测报文,可以随时掌握编码器的运行状态并对故障立刻做出反应。CVM58S采用冗余电气结构,通过 SIL3/Ple安全等级认证,因此更加安全。CVM42H采用更强健的重载设计,可解决变桨冗余齿轮的机械安装破坏编码器的问题。CVM36系列的外径尺寸只有φ36mm,体积更加小巧,可自由地选择嵌入式安装于偏航凸轮或滑环等极小空间。
CANopen现场总线技术,一般用于自动化网络的设备层现场,最多延伸到控制层的通信应用,无法直接延伸到信息层。而以太网现场总线技术,可实现信息层、控制层和设备层从上至下的全透明协议通信访问。从这一角度,排除工作人员的技术和硬件的应用障碍等方面,以太网的优势尤为突出,成为自动化领域现场总线的发展趋势。
倍加福可以提供PROFINET、Ethernet/IP、Ethernet-Powerlink和EtherCAT多个厂家控制器支持的实时以太网接口编码器。以EVM58-PN系列的PROFINET编码器为例,风机内一个控制器接口即可完成3~7个编码器的网络化通信协同,可通过MAC或IP地址远程配置、数据访问、管理和故障诊断目标编码器设备,除分辨率、预设值参数调整和位置、速度输出外,其可适用于PROFIdrive运动控制要求的快速准确位置/速度反馈,支持精细移动平均速度滤波功能,甚至也可以统计设备运行时间的应用寿命、经常性故障信息等,亦可用于风机的优化设计。
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