巴魯夫：用智能傳感器提高風電機組的可靠性

文 | 王思銥

巴魯夫：用智能傳感器提高風電機組的可靠性

文 | 王思銥

經過十多年的發展，中國風電行業已經步入穩定增長的階段，市場對于機組的性能和質量也提出了更高的要求。更先進的技術及更高的零部件可靠性是保證風電機組長期穩定運行、推動行業健康有序發展的基礎，同時也為持續降低度電成本提供了更大的空間。隨著技術的不斷發展，通過智能化技術提升機組可靠性的概念被不斷提出。國內許多廠家都提出了自己的解決方案，如智能控制、智能運維等。

這些智能技術的核心是通過更復雜的數據分析算法，在當前已有的數據基礎上，分析并預測機組和部件的運行情況。事實上，從數據智能化角度本身而言，尤其是我們常提到的大數據，如果能夠獲得更多、更精確、更可靠的機組實時數據，無疑對于提高機組可靠性而言有著更實際的意義。無論是從提升功率、降低載荷方面，還是故障診斷方面來說，傳感器作為數據采集的核心來源，在這其中起到了舉足輕重的作用。

在風力發電領域有著近30年行業經驗的巴魯夫，針對提升機組可靠性給出的答案是智能傳感器解決方案。擁有近100年歷史的巴魯夫，是國際領先的自動化解決方案廠商，該公司以智能傳感器為依托，使得客戶可以直接打通從上層PLC到下層傳感器的整個網絡連接，從而實現對整個風電系統的掌控。巴魯夫中國區總經理托馬斯·薩拓思告訴《風能》雜志記者：“作為自動化技術廠商，我們應該意識到，提供系統的協調和整合性能，才能保證客戶一直處于市場前沿。對于巴魯夫而言，我們不只強調技術，更看重解決方案，更高的附加值是我們對客戶的承諾。”

那么巴魯夫究竟如何通過智能傳感器提高風電機組的可靠性，給客戶提供更多的附加值呢？

提供更豐富的傳感器信息

普通的傳感器只能提供標準的I/O信號。相信很多風電從業人員都有過這樣的經歷：風電機組在正常運行過程中，控制系統忽然提示一些故障信息并立刻停機，當工程師來到現場之后，經過檢查卻并沒有發現明顯的故障源。這種情況有可能就是因為傳感器信號丟失或者給出了錯誤的信號所引起的。

巴魯夫基于IO－Link的智能傳感器能夠有效地防止類似情況的發生。除了標準的I/O信號，傳感器還能夠將更多的實時狀態數據，例如短路、斷路、供電等診斷信息傳輸給控制系統，實現對于傳感器自身狀態的連續診斷。除此之外，對于一些功能更復雜，需要進行參數配置的傳感器，也可以通過控制系統進行自動配置。

IO－Link是第一個開放的國際智能傳感器標準，采用統一并且通用的控制技術接口，獨立于現場總線，通過串行的雙向點對點連接方式，接收或者發送I/O信號、配置數據、診斷數據或其他過程數據。

由于IO－Link采用了串行通信方式，比起常規的模擬量信號有著更強的抗干擾能力。而且只需要采用非屏蔽的三芯/四芯電纜就能夠實現與控制器的通信，最長通信距離可以達到20米，也沒有特殊的接地要求，不但能夠有效解決風電機組內部的電磁干擾問題，而且大幅降低了接線的成本。

一個標準的IO－Link通信網絡（如圖1所示），主要包括3個層面，智能傳感器、IO－Link主站模塊以及控制器PLC，IO－Link主站模塊支持各類主要的總線協議，例如Beckhoff系統的EtherCAT協議，應用起來非常簡便快捷。

開發更全面的定制化產品

經過近30年在風電行業的摸索，巴魯夫為風電機組定制了大量的感器應用方案，幾乎覆蓋了風電機組系統的各個方面（如圖2所示）。

其中最有代表性的就是用于測量液壓變槳系統槳距角的微脈沖位移傳感器，如圖3所示。對于風電機組而言，要提到可靠性，就不得不提到液壓變槳系統。目前國內變槳系統主要采用電變槳方式，一個主要原因就是業內認為液壓變槳系統容易出故障。事實上在歐洲，維斯塔斯、西門子以及歌美颯等主要整機廠商均采用液壓變槳的方式。從技術角度分析，液壓變槳在系統性能、可靠性以及綜合成本方面比起電變槳系統都更有競爭力，尤其對于未來的海上風電機組更是如此。

巴魯夫通過和這些知名的整機廠合作，開發了專門針對液壓變槳系統的微脈沖位移傳感器BTL。微脈沖傳感器BTL采用了磁致伸縮的原理，安裝在液壓變槳系統的液壓油缸中，通過精確檢測磁環的運動位置來測量活塞桿的位移，從而監測葉片槳距角。相比起其他位移檢測方式，微脈沖傳感器精度更高，而且也是采用非接觸式的測量方式，使得系統更加可靠。

推薦更可靠的應用方案

從工作原理角度分析，傳感器本身并沒有什么特殊之處，真正能夠體現出傳感器價值的地方在于具體的應用方案。而且應用所選擇的傳感器原理越簡單，其穩定性也自然越高，隨之也必然能夠使得整個系統的可靠性更高。

巴魯夫電感式傳感器就是一個非常具有代表性的案例，如圖4所示。電感式傳感器又俗稱電感式接近開關，采用了很常見的電磁感應原理，當傳感器靠近或者離開金屬物體時，會輸出高/低電平信號。雖然工作原理很簡單，但是將電感式傳感安裝在風輪鎖定盤或者高速軸聯軸器上，就能精確地測量風輪或者高速軸的轉速，而且如果同時將2個電感式傳感器以一定的位置和角度配合安裝，還能夠測量風輪的轉速。由于電感式傳感器原理簡單，成本低，而且可靠性又高，目前基本上是主要風電機組制造廠家的首選方案。

從成本組成來看，也許傳感器對于風電機組而言，只是很小的一部分。但是作為控制系統數據采集的源頭，卻有著不可忽視的重要性。業內專家認為，巴魯夫提供的可靠的智能傳感器解決方案，將有助于用戶實現向智能化的成功轉型。