Windenergieanlagen per Baukasten-System automatisieren

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Lenord, Bauer & Co. GmbH

FAULHABER Antriebssysteme

ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH

PHOENIX CONTACT Deutschland GmbH

Kopplung der Programmlogik mit der Steuerungsperipherie der Anlage

Die Kontaktpunkte des I/O-Systems – also Temperatursensoren, Winkel-Encoder oder die digitalen Steuersignale – werden in PC Worx einfach per Drag&Drop an die Variablen des Steuerungsprogramms gekoppelt. Zur Anbindung intelligenter Geräte wie Antriebsregler für Pitch- und Azimuth-Motoren, Windmessgeräte oder Einspeise-Umrichter steht eine Treiberbaustein-Bibliothek zur Verfügung. Sie bietet eine Kommunikations-Schnittstelle zu den Geräten anderer Hersteller und wird ständig ausgebaut.

Spezifische Erweiterungen und Optimierungen

Aufgrund der offenen und transparenten Software-Struktur können die Anwender ihr Know-how und die Anlagen-Spezifika einfach in die Bibliothek integrieren. Die Module für die Anlagen-Grundfunktionen sind im Quell-Code frei verfüg- und editierbar, während die ausführliche Dokumentation schnell zu den gewünschten Eingriffspunkten zwecks Optimierung oder Erweiterung der Prozessfunktionen führt. Ferner lässt sich die Bibliothek mit dem Simulations-Tool Matlab/Simulink kombinieren. Das in Simulink integrierbare Software-Interface „PLC-Link für PC Worx“ unterstützt hier sowohl die automatische Generierung und den Import von Regelungs-Code in die Anwendung wie auch die Online-Kopplung von Simulink und Steuerung.

Parametrierung der gesamten Anlagen-Kennwerte

Zur Adaption der auf Vorgabewerte gesetzten Programm-Parameter an die tatsächlichen Kennwerte der Anlage editiert der Entwickler eine ausführlich dokumentierte Parameter-Datei im XML-Format, welche die Betriebsführungs-Software beim Start einliest. Anschließend wird die Parameter-Datei zugriffsgeschützt auf dem Flash-Speicher der Steuerung archiviert oder vom Controller beim Start der Anlage über das Netzwerk von einem Server geladen. Die für die Inbetriebnahme der WEA notwendige Feinjustierung der Kennwerte kann per Web vorgenommen werden. Für den in die Steuerung eingebauten Webserver gibt es vorbereitete Seiten, die sich schnell an das vom Anwender gewünschte Design anpassen lassen. Der Zugriff auf die Anlagendaten wird durch gängige Authentifizierungs-Mechanismen geschützt. Somit reicht ein Notebook oder ein in der Anlage installiertes webfähiges Bedien-Panel aus, um die WEA zu konfigurieren.

Aktivieren der Management-Funktionen

Neben den Regelalgorithmen und Steuerungsfunktionen umfasst die Bibliothek auch Funktionen für das Laufzeit-Management der Anlagen, die den Betreiber bei auftretenden Ereignissen oder Alarmmeldungen automatisch per Internet-Mail oder SMS via GSM benachrichtigen. Entsprechend parametriert lassen sich die Meldungen automatisch in Dateien eines Speicher-Mediums oder direkt in SQL-Datenbanken archivieren. Vorgefertigte Statistikfunktionen wie die klassische Mittelwertbildung von Wind- und Produktionsdaten können ebenfalls sofort genutzt und in Datenbanken abgelegt werden.

Vernetzung innerhalb eines Windparks

Die Koordination der in Windparks organisierten WEA übernimmt meist eine übergeordnete Steuerung. Sie muss in Echtzeit mit allen Turbinen kommunizieren, um schnell auf die Anforderungen des Netzbetreibers reagieren zu können. Hier spielt das Ethernet-Protokoll Profinet seine Stärken aus: Als Profinet-Master greift die Leitsteuerung über das im Windpark verlegte Ethernet-Netzwerk in Echtzeit auf alle als Profinet-Device fungierenden Anlagen-Controller zu und kann so innerhalb weniger Millisekunden Steuerungsbefehle aktivieren. Diese Funktion ist meist automatisch in die Anlagen-Programmierung integriert. Die über das Profinet-Device-Interface eingehenden Befehle der Leitsteuerung müssen nur mit den entsprechenden Funktionen der Betriebsführung verknüpft werden.

Baukasten 4 : Test und Simulation

Bei der Software-Entwicklung erweisen sich die Verifizierung und Optimierung als aufwendig. Dies gilt insbesondere für Windenergieanlagen, denn hier muss zumindest der erste Prototyp erstellt worden sein, damit das Verhalten der Betriebsführungs-Software im Detail verifiziert werden kann. Ein PC und die Software WinMOD senken die Kosten erheblich, indem WinMOD zum einen eine Profinet-basierte Anlagenperipherie emuliert und zum anderen auch die anliegenden Prozesswerte simulieren kann (Bild 4). Dies ermöglicht die Überprüfung des Steuer- und Regelverhaltens der Betriebsführung unter nachgeahmten Realbedingungen im Büro.

Fazit: Software-Bibliotheken helfen Zeit zu sparen

Neben der breiten Palette robuster und zuverlässiger Automatisierungs-Komponenten helfen umfangreiche Software-Bibliotheken und Entwicklungswerkzeuge den Designern und Herstellern von Windenergieanlagen, um beim Engineering der Anlagenautomation Zeit zu sparen und ihr Know-how effizient in Software umzusetzen. (ud)

* Dipl.-Ing. Stefan Gallmann, Global Industry Manager Wind Energy in der Business Unit Automation, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont

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