Kopplung von Steuerung und CMS bringt neuen Schub für Windkraft
Um Leistungsdaten und Betriebszustände zu erfassen, laufen in Windenergieanlagen autarke elektronische Systeme bislang parallel. Doch jetzt beginnen Elektronikanbieter, die Zustandsüberwachung in zentralen Steuerungen zu integrieren. Das spart Geld bei der Erstausrüstung und optimiert zudem die Betriebsführung, so das Ziel der Automatisierungsstrategie.
Offshore-Windpark
Foto: Siemens
Der automatisierte Betrieb von Windenergieanlagen entwickelt sich rasant. Deutlich im Trend sind Lösungen, die bisher autarke Systeme in einer zentralen Steuerung integrieren. Durch das Verschmelzen von Steuerung, Überwachung, Kommunikation und Visualisierung am Bildschirm sollen Betriebsführer bald alle wichtigen Fakten abrufen können, um die Anlagen effizient zu steuern und die Wartung planbarer zu gestalten.
Das Unternehmen Beckhoff gehört nach eigenen Angaben zu den führenden Anbietern für PC-basierte Steuerungstechnik und hat bislang weltweit gut 20 000 Windenergieanlagen ausgerüstet. Ein nächster Schritt ist es laut Beckhoff, Condition-Monitoring-Systeme (CMS), die für die Zustandsüberwachung von Triebstrang, Generator, Rotorlager oder Hauptwelle sorgen, in die zentrale Steuerung zu integrieren. Anhand von Mess- und Analyseverfahren soll das CMS frühzeitig Schäden erkennen, um Reparaturen besser in den Anlagenbetrieb einzubringen.
Offene Steuerungsplattform integriert Funktionen von CMS-Systemen
Bisher sei dieses Ansinnen eher eine Einbahnstraße gewesen, da die Steuerung zwar mit einem CMS-System kommuniziert, aber nicht anders herum, so die Automatisierungsexperten bei Beckhoff. Mit einer offenen Steuerungsplattform können Funktionen von CMS-Systemen in die Betriebsführung integriert werden. Verschiedene Unternehnen würden hierfür bereits Lösungen anbieten.
Zudem sparten integrierte Lösungen in der Erstausrüstung ebenfalls Kosten, da Hersteller von Turbinen die autarken Systeme häufig von externen Anbietern einkaufen oder Betreiber selbst nachrüsten müssen, so die Entwickler in Verl. Als Systemdienstleister für Anlagenbauer habe man eine PC-basierte Automatisierungstechnik mit einem hohen Integrationsgrad entwickelt, deren offene Software den nahtlosen Einbau unterschiedlicher Funktionen in den automatisierten Betrieb ermöglicht.
In diese Richtung arbeitet auch Bachmann Elektronik in Feldkirch, Österreich. So hat das Unternehmen mit dem CMS-Spezialisten µ-Sen bereits Ende 2010 die Bachmann Monitoring GmbH gegründet.
Bisher argumentieren die CMS-Hersteller, dass autarke Systeme notwendig sind, damit die Anbieter von Steuerungen diesen Part nicht übernehmen. „Das ist einer der schwierigsten Punkte bei der Integration, den wir gemeinsam gelöst haben“, macht Holger Fritsch, Geschäftsführer von Bachmann Monitoring und Mitbegründer von µ-Sen, den Paradigmenwechsel deutlich. Wie bei Beckhoff auch, verspricht man sich viel von dieser Lösung. „Wir wollen dahin kommen, die Betriebszustände und das Lastmanagement mit einer Steuerung zu betreiben, um beispielsweise mechanische Belastungen, die das CMS erfasst, gezielt zu vermeiden oder zu reduzieren“, erklärt Bachmann-Geschäftsführer Fritsch.
Kopplung von CMS und Steuerung bei Windanlagen: Lasten über den gesamten Lebenszyklus erfassen
Die Kopplung von CMS und Steuerung hat außerdem weitere funktionale Vorteile. Zum einen kann die Steuerung so angepasst werden, dass beschädigte Teile durch veränderte Betriebsparameter länger halten. Zum anderen dehnt sich die Zustandsüberwachung allmählich auf die Rotorblätter, die Blattlager, den Pitchantrieb oder den Turm aus. Mit diesen Informationen lassen sich dann die Lasten über den gesamten Lebenszyklus erfassen.
Einen etwas anderen Weg hat Siemens Industry eingeschlagen. Statt die Erfassung der Daten in die zentrale Steuerung zu integrieren, wird die Erfassungslogik inklusive Vorverarbeitung in dezentrale Signalerfassungsmodule verlagert. Diese werden direkt am zu überwachenden System montiert, mit Sensoren und zentraler Steuerung verbunden und so das CMS in die Automatisierungstechnik integriert.
Je nach Herstellerkonzept werden die Anlagendaten in der Steuerung oder im überlagerten System des Betreibers ausgewertet. „Nach der Devise: So viel wie nötig, so wenig wie möglich, stellt sich die Frage, welche Daten des CMS in der Steuerung sinnvoll mit den jeweiligen Betriebszuständen zu verknüpfen sind, um die Systemverfügbarkeit zu erhöhen“, sagt Günter Heckel aus dem Branchenvertrieb Wind bei Siemens Industry in Nürnberg
Datenabgleich von Steuerung und CMS schafft mehr Transparenz und Zuverlässigkeit für Windanlagen
Auch für ihn liegen die Vorteile eines Datenabgleichs von Steuerungsparametern und CMS auf der Hand. „Windenergieanlagen werden so transparenter, effizienter und zuverlässiger. Frühzeitiges Erkennen von sich anbahnendem Verschleiß kann Anlagenstillstände mit hohen Folgekosten vermeiden, und geplante, vorbeugende Wartung die Verfügbarkeit und Effizienz der Windkraftanlage verbessern“, ergänzt er. Auch die bisherige Tendenz der Anlagenbauer, Komponenten unterschiedlicher Hersteller einzukaufen, werde sich ändern. „Es kommt bei der Automatisierung zunehmend auf abgestimmte Komponenten und Systeme an, die gemeinsam systemgetestet und zertifiziert sind“.
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