本刊|夏云峰

巴魯夫：傳感器里玩出的風(fēng)電大智慧

本刊|夏云峰

“中國制造2025”“工業(yè)4.0”概念的提出，都意味著今后風(fēng)電等行業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)會變得越來越智能、靈活。所謂的“智能”，簡單來說就是讓設(shè)備能夠自我優(yōu)化、自動(dòng)化操作。要實(shí)現(xiàn)這一過程，獲取更多、更準(zhǔn)確、更可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)無疑是至關(guān)重要的。在這種情況下，核心部件——傳感器的作用將會日益凸顯。如何提升傳感器的性能才能使其適應(yīng)工業(yè)的未來發(fā)展趨勢呢？作為國際領(lǐng)先的自動(dòng)化解決方案提供商，擁有近100年歷史的巴魯夫給出的答案是智能化。

巴魯夫中國市場部總監(jiān)吳濤告訴本刊記者：“我們進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域已經(jīng)近30年，雖然提供的產(chǎn)品在風(fēng)電機(jī)組的復(fù)雜零部件系統(tǒng)中看似微不足道，但卻是提高整個(gè)產(chǎn)業(yè)智能化程度和生產(chǎn)效率的核心一環(huán)。”他舉例說，巴魯夫研發(fā)的一種智能化節(jié)能電源，可以廣泛應(yīng)用于風(fēng)電設(shè)備。該電源具有93%的有效能率，是一個(gè)半獨(dú)立罐裝裝置，專為高振動(dòng)和振動(dòng)載荷而設(shè)計(jì)，具有80萬小時(shí)平均故障間隔時(shí)間以及長達(dá)20年的極長使用壽命。與其他產(chǎn)品相比，這款電源的優(yōu)勢也是顯而易見的：它是第一個(gè)不需要中間變壓器就能直接連接到電壓發(fā)電機(jī)的電源，顯示裝置狀態(tài)以及使用情況的光學(xué)指示器也是獨(dú)一無二的。由于其軌道的動(dòng)態(tài)負(fù)載，即使在高負(fù)荷狀態(tài)下也能連續(xù)運(yùn)行，這使得30%至50%的儲備將不再需要。

電源中結(jié)合了微控制持續(xù)監(jiān)測器的新型專用傳感器，可用于呈現(xiàn)電源的狀態(tài)，如溫度、過載、故障等。對這些參數(shù)的智能評估，將讓使用者在實(shí)施維護(hù)測量時(shí)能夠很輕松地掌握裝置的狀況，從而大大減少整個(gè)系統(tǒng)失效的概率。交通信號燈中彩色發(fā)光二極管的顏色則為用戶提供了關(guān)于當(dāng)前負(fù)荷水平、“應(yīng)力水平”以及使用期限的持續(xù)信息、剩余平均壽命的預(yù)測。這些指標(biāo)顯示得足夠明亮，從幾米以外就能夠看到。

據(jù)吳濤介紹，該電源可以直接連接到風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)上。這樣做，不僅使得安裝更加省力，還能夠減少易損壞部件的數(shù)量，熱損失也較小，相應(yīng)地提高了系統(tǒng)的效率。

為了讓風(fēng)電機(jī)組更加可靠，巴魯夫還提出了其他一系列智能傳感器解決方案。IO-Link就是其中的一個(gè)關(guān)鍵解決方案，也是全球首個(gè)用于傳感器與執(zhí)行器通信的標(biāo)準(zhǔn)化IO技術(shù)。IO-Link的工作方式是獨(dú)立于任何現(xiàn)場總線的，它是對傳感器和控制器之間現(xiàn)有連接技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。通過巴魯夫的擴(kuò)展I/O集線器，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)有高達(dá)496個(gè)I/O點(diǎn)。

普通傳感器只能提供標(biāo)準(zhǔn)的I/O信號，這難以確保信號傳輸?shù)目煽啃院蜏?zhǔn)確性。吳濤介紹，在風(fēng)電運(yùn)維中時(shí)常會碰到這樣的一幕：風(fēng)電機(jī)組處于正常運(yùn)行中，控制系統(tǒng)忽然報(bào)出一些故障信息并立刻停機(jī)。但是等工程師到達(dá)現(xiàn)場之后，經(jīng)過檢查卻并未能找到明顯的故障源。這種情況，很有可能就是因?yàn)閭鞲衅餍盘杹G失或者給出了錯(cuò)誤的信號所引起的。

巴魯夫基于IO-Link研制的智能傳感器能夠有效地避免上述情況的出現(xiàn)。記者了解到，除了標(biāo)準(zhǔn)的I/O信號，該傳感器還能夠?qū)⒏嗟膶?shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，例如短路、斷路、供電等診斷信息傳輸給控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對于傳感器自身狀態(tài)的連續(xù)診斷。除此之外，對于一些功能更復(fù)雜，需要進(jìn)行參數(shù)配置的傳感器，也可以通過控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)配置。

IO-Link是第一個(gè)開放的國際智能傳感器標(biāo)準(zhǔn)，采用統(tǒng)一并且通用的控制技術(shù)接口，獨(dú)立于現(xiàn)場總線，通過串行的雙向點(diǎn)對點(diǎn)連接方式，接收或者發(fā)送I/O信號、配置數(shù)據(jù)、診斷數(shù)據(jù)或其他過程數(shù)據(jù)。

由于IO-Link采用了串行通信方式，比起常規(guī)的模擬量信號有著更強(qiáng)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?qū)崿F(xiàn)與控制器的通信，最長通信距離可以達(dá)到20米，也沒有特殊的接地要求，不但能夠有效解決風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部的電磁干擾問題，也大幅降低了接線的成本。

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IO-Link通信網(wǎng)絡(luò)主要包括3個(gè)層面，包括智能傳感器、IO-Link主站模塊以及控制器PLC。IOLink主站模塊支持各類主要的總線協(xié)議，例如Beckhoff系統(tǒng)的EtherCAT協(xié)議，應(yīng)用起來非常簡便快捷。

對于所有參與“工業(yè)4.0”的相關(guān)方來說，他們所面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是如何處理所有數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)，通常都是大數(shù)據(jù)，需要轉(zhuǎn)換成智能數(shù)據(jù)供系統(tǒng)或人員進(jìn)行決策。在這種情況下，客戶需要更大容量的RFID編碼塊以存儲更多數(shù)據(jù)，并對系統(tǒng)讀寫速度提出了更高的要求。為此，巴魯夫推出了容量達(dá)到128kB的高速編碼塊BIS V。

此外，巴魯夫還專為風(fēng)電機(jī)組開發(fā)了微脈沖位移傳感器BTL。BTL安裝在液壓變槳系統(tǒng)的液壓油缸中，通過精確檢測磁環(huán)的運(yùn)動(dòng)位置來測量活塞桿的位移，以此檢測葉片槳距角，使機(jī)組可以根據(jù)風(fēng)速來準(zhǔn)確調(diào)節(jié)葉片角度，從而在確保運(yùn)行可靠性的前提下，最大限度提升機(jī)組的發(fā)電效率。線性磁柵位移傳感器BML則被安裝在變槳軸承上，能夠精準(zhǔn)地測量槳距角，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制策略。它還可以借助參考點(diǎn)判斷葉片的零度位置。BML采用非接觸無磨損的測量方式，因此能夠大幅延長設(shè)備的使用壽命。

“我們希望通過應(yīng)用以上智能傳感器，讓客戶直接打通從上層PLC到下層傳感器的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接，從而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)的掌控?！眳菨硎?。

吳濤對巴魯夫在中國能源行業(yè)的發(fā)展有著更為深刻的思考：作為合作伙伴，巴魯夫希望為客戶提供創(chuàng)新的解決方案，在降低成本的同時(shí)，大幅度提高效率，推動(dòng)智能工廠自動(dòng)化的進(jìn)程。作為企業(yè)，可持續(xù)發(fā)展和質(zhì)量優(yōu)先的傳統(tǒng)價(jià)值觀是極其重要的，巴魯夫始終致力于確?？蛻粼谌蚍秶鷥?nèi)獲得最佳的應(yīng)用程序協(xié)助和服務(wù)。通過開放和進(jìn)步的觀念，確保產(chǎn)品在未來的可持續(xù)性發(fā)展?！拔覀冋J(rèn)為自己是‘工業(yè)4.0的心跳’，始終有跳動(dòng)的活力，有創(chuàng)新的理念。”他指出，“實(shí)現(xiàn)‘工業(yè)4.0’及‘中國制造2025’的基礎(chǔ)之一是相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可用性，以及在任意時(shí)間點(diǎn)最大程度挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值的能力，而巴魯夫先進(jìn)的傳感器整體解決方案和識別系統(tǒng)確保了這種可用性。相信在自動(dòng)化進(jìn)程不斷加快的時(shí)代，巴魯夫一定能作為推動(dòng)者助力中國企業(yè)走向智能制造?！?/p>