新一代轉子葉片試驗台
隨著風機容量增大，搭載的葉片長度也隨之增長，新一代風力發電機將配備長達 100 米的巨型轉子葉片，而這些葉片對於丹麥奧爾堡的 Blaest 公司的現有試驗台來說實在太大了。公司為此建造了新的測試中心，完全重新設計了其控製和測試裝備：EtherCAT P 和一個定製的測量放大器箱現在取代了數百根線纜，並通過靠近測量點的數字化測量設備提高精度。通過配備基於 PC 的控製技術，Blaest 現在已經為未來的成功發展做好充分準備。
數百個應變片用於測量牽引工位（在背景）啟動的 100 米長的轉子葉片工作時產生的力和振動。
Blaest 總部位於丹麥奧爾堡市的利姆峽灣岸邊，碧波蕩漾的海麵上，一排排白色的風機高高聳立，巨大的槳葉緩緩轉動。公司成立於 2005 年，其前身是丹麥可持續能源國家實驗室，實驗室從上世紀 80 年(nian)代(dai)開(kai)始(shi)就(jiu)一(yi)直(zhi)致(zhi)力(li)於(yu)風(feng)機(ji)轉(zhuan)子(zi)葉(ye)片(pian)的(de)測(ce)試(shi)。當(dang)時(shi)，實(shi)驗(yan)室(shi)仍(reng)然(ran)使(shi)用(yong)沙(sha)袋(dai)測(ce)量(liang)葉(ye)片(pian)的(de)承(cheng)重(zhong)能(neng)力(li)。時(shi)至(zhi)今(jin)日(ri)，測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)日(ri)漸(jian)成(cheng)熟(shu)並(bing)完(wan)全(quan)數(shu)字(zi)化(hua)，機(ji)電(dian)自(zi)動(dong)加(jia)載(zai)係(xi)統(tong)將(jiang)葉(ye)片(pian)連(lian)接(jie)到(dao)固(gu)定(ding)在(zai)大(da)廳(ting)地(di)板(ban)上(shang)的(de)牽(qian)引(yin)工(gong)位(wei)上(shang)。在(zai)兩(liang)到(dao)三(san)個(ge)月(yue)的(de)測(ce)試(shi)期(qi)間(jian)，每(mei)個(ge)轉(zhuan)子(zi)葉(ye)片(pian)都(dou)將(jiang)以(yi)很(hen)大(da)的(de)力(li)在(zai)不(bu)同(tong)的(de)方(fang)向(xiang)上(shang)擺(bai)動(dong)約(yue) 400 萬次。
“我們的主要工作就是進行葉片疲勞試驗，以幫助各風機製造商的風機樣機獲得認證。”Blaest 測試工程師 Nicolai Vangsgaard 解釋道。風機葉片的設計使用壽命通常約為 20 到 30 年，Blaest 專家會對每個葉片的各項性能進行檢測，以驗證葉片能否正常服役這麼多年。“womencaiyongmoniyepianchengshoudeshejizaihefangshiyanzhengyepiandepilaoxingneng，yinciyaojinkenengguangfandicaiyongshuzihuashouduanhejinkenenggaodejingduwanchengsuoyouceshibuzhou。”Nicolai Vangsgaard 說道。因此，Blaest 公司現在選用了倍福基於 PC 的控製和測量技術。畢竟，測量速度越快，精度越高，數據采集以及後續數據分析結果就越精確。
典型的測量裝置，在一個基礎載體上有多個稱重傳感器放大器。在這裏，轉子部分的應變片集中在一處，通過 EtherCAT P 供電和通信
更長的轉子葉片要求更快的數據采集速度
2018 年(nian)，公(gong)司(si)決(jue)定(ding)擴(kuo)建(jian)其(qi)位(wei)於(yu)奧(ao)爾(er)堡(bao)基(ji)地(di)的(de)檢(jian)測(ce)中(zhong)心(xin)，新(xin)建(jian)一(yi)棟(dong)更(geng)大(da)的(de)試(shi)驗(yan)廳(ting)，並(bing)升(sheng)級(ji)更(geng)新(xin)之(zhi)前(qian)使(shi)用(yong)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)。係(xi)統(tong)負(fu)責(ze)控(kong)製(zhi)與(yu)數(shu)百(bai)個(ge)沿(yan)著(zhe)巨(ju)大(da)的(de)轉(zhuan)子(zi)葉(ye)片(pian)運(yun)行(xing)的(de)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)箱(xiang)之(zhi)間(jian)的(de)通(tong)信(xin)，並(bing)采(cai)集(ji)傳(chuan)感(gan)器(qi)中(zhong)的(de)測(ce)量(liang)信(xin)號(hao)。在(zai)傳(chuan)統(tong)的(de)測(ce)試(shi)方(fang)法(fa)中(zhong)，每(mei)個(ge)測(ce)量(liang)點(dian)都(dou)需(xu)要(yao)一(yi)根(gen)單(dan)獨(du)的(de)線(xian)纜(lan)，這(zhe)樣(yang)不(bu)僅(jin)會(hui)產(chan)生(sheng)巨(ju)額(e)成(cheng)本(ben)，而(er)且(qie)用(yong)來(lai)連(lian)接(jie)葉(ye)片(pian)以(yi)及(ji)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)線(xian)纜(lan)會(hui)太(tai)多(duo)，容(rong)易(yi)纏(chan)到(dao)一(yi)起(qi)。
“我們的主要目標是擁有一個更加靈活、通道數量可以隨著風機葉片長度增加和性能的增強而隨時擴展的係統。”測試工程師解釋道。這是因為下一代的風機葉片長度將達到 100 米，而不是現在常見的 70 至 80 米(mi)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)需(xu)要(yao)更(geng)多(duo)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)更(geng)多(duo)的(de)測(ce)量(liang)通(tong)道(dao)，因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)更(geng)高(gao)的(de)同(tong)步(bu)性(xing)能(neng)和(he)精(jing)度(du)，才(cai)能(neng)記(ji)錄(lu)和(he)處(chu)理(li)更(geng)多(duo)的(de)數(shu)據(ju)。更(geng)重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)，在(zai)采(cai)集(ji)數(shu)據(ju)時(shi)，應(ying)盡(jin)可(ke)能(neng)靠(kao)近(jin)每(mei)個(ge)測(ce)量(liang)點(dian)，避(bi)免(mian)像(xiang)以(yi)前(qian)那(na)樣(yang)使(shi)用(yong)需(xu)要(yao)不(bu)斷(duan)維(wei)護(hu)和(he)更(geng)換(huan)的(de)數(shu)英(ying)裏(li)長(chang)的(de)電(dian)纜(lan)。由(you)於(yu) Blaest 使用的是公司為每個客戶自主研發定製的軟件，因此需要有一個既開放又適應性又很強的自動化係統。
根據用戶具體需求定製開發
為了最大限度地降低布線的複雜性，倍福花費了六個月時間開發了一款分布式多通道 EtherCAT P 端子盒，用於評估測量電橋，以采集轉子葉片上應變式傳感器發出的信號。此款 I/O 端子盒是 ELM3504 EtherCAT 端子模塊的衍生產品，支持分析全橋、半橋和四分之一橋，分辨率為 24 位，采樣率高達 10 ksps。參數可以通過 EtherCAT 使用 CoE 目錄設置。端子盒配備了 IP20 電阻橋接口，適用於在環境受保護的前提下靠近測量點的應用場景。“按照客戶需求定製開發的 EtherCAT P 端子盒 EPP3504-0023 目前已成為我們 EtherCAT P 產品係列中不可缺少的部分。”倍福丹麥分公司銷售工程師 Jørgen Berg 補充道。
EtherCAT P duanzihejiangkaojinceliangdiandemoniliangchuanganqidexinhaozhuanhuanweishuziliangceliangzhi，zhezaihendachengdushangjiangdiledianlanganraohemonixinhaoshizhendefengxian。renheyimingjiancegongchengshidoukeyikendingdeshi：“線纜越短，測量結果就越準確。”此外，EtherCAT P 既可傳輸 EtherCAT 信號，又能夠供電，減少了需使用的線纜數量。“這個方案之所以能成功，是因為 EtherCAT 能夠處理大型網絡，同時還能實現極低的實時更新時間。”Jørgen Berg 補充道。在一次風機測試期間平均可以記錄 9500 億個測量值，相當於總共 7 兆字節的數據。500 個稱重傳感器的測量值每隔 4 毫秒就會流入一個數據庫。
舊的測量係統需要為每台測試裝置鋪設超過 10 公裏的線纜。相比之下，目前使用的基於 EtherCAT P 和 EtherCAT P 端子盒的係統線纜長度隻有 1 公裏，並且可以通過添加稱重傳感器的方式輕鬆擴展。Nicolai Vangsgaard 認為，僅從減少的安裝工作量來算，每個測試結構就能節省 30,000 丹麥克朗（約 4000 歐元或美元）。“倍福的控製係統不僅滿足了我們在數字化和智能數據采集方麵的需求，而且在價格、可用性以及技術支持方麵都具有明顯優勢，提升了我們的競爭力。”Nicolai Vangsgaard 說道。
據 Blaest 測試工程師 Nicolai Vangsgaard 稱：“EtherCAT 熱連接和 EtherCAT P 讓我們的測量裝置能夠快速、靈活地適應個性化的應用需求。”
“Blaest 實際上運營著世界上最大的 EtherCAT 熱連接係統。”Jørgen Berg 說道。每個 EPP 端子盒都有自己的地址，因此可以即時添加或刪除模塊。根據 Nicolai Vangsgaard 的說法，“事實上，一切都已經預先配置好了，因此可以輕鬆修改這些配置。”Blaest 的控製櫃內目前隻需安裝一台工業 PC、一個 EtherCAT P 接口和一個安全模塊。“zongtilaishuo，tadesudugengkuai，shiyingxinggengqiang，tongshichengbenyegengdi，celianggengjingque。lingyidayoudianshi，xitongjuyoulianghaodekaifangxing，jiwomendeceshizhongxinduisuoyoufengjizhizaoshangkaifang，yincikeyigenjujihurenhexuqiujinxingtiaozheng。”Nicolai Vangsgaard 強調道。
關於德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注於自動化新技術的德資企業，創立於 1980 nian，zongbuweiyudeguoweiershi。zuoweiquanqiuzidonghuajishudequdongzhe，beifudingyilezidonghualingyudexuduobiaozhun，shiguojibiaozhundezhidingzhehetuidongzhe。gongsisuoshengchandegongye PC、現場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控製係統，可為各個工控領域提供開放式自動化係統和完整的解決方案。經過 40 年的發展和努力，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構，加上全球的合作夥伴，業務遍及 70 多個國家和地區。
倍福於 1997 年進入中國市場，中國區總部落戶於上海市北高新產業園區，現有員工 300 人，辦事處遍及國內 30 座大中城市。創新產品和解決方案廣泛應用於風力發電、半導體、光伏太陽能、電子製造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業以太網於 2014 年成為中國國家推薦性標準，並已入編工信部的《國家智能製造標準體係建設指南》。作為一家技術驅動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創新，在業內享有“創新引擎”的美譽。倍福基於 PC 的控製技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業通信協議，將 IT 技術、互聯網和自動化技術完美融合在一起，為實現工業 4.0 和智能製造奠定了堅實的技術基礎。
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