Komunikacja dla energetyki wiatrowej 4.0
Czwarta rewolucja przemysłowa, której początki według ekspertów obecnie obserwujemy, zakłada połączenie maszyn i systemów w inteligentną sieć. Dzięki temu na bieżąco otrzymujemy możliwość śledzenia zmian, analizy trendów, a tym samym zarządzania opartego na przewidywaniu.
Współpraca urządzeń przyczynia się zatem do optymalizacji procesów oraz wzrostu efektywności. Jak dotąd same plusy – czy faktycznie?
Czwarta rewolucja w energetyce
Współczesny przemysł staje przed nowymi wyzwaniami nakładającymi konieczność zmiany, niekiedy kosztownej i od podstaw, dotychczas stosowanych rozwiązań. Między innymi niezbędne wydaje się zapewnienie swobodnej i bezproblemowej wymiany informacji pomiędzy urządzeniami. Szczególne znaczenie ma to dla sektora energetycznego, który jest wyjątkowo wrażliwy na wszelkie nieprawidłowości w przesyle danych. W grę wchodzi tutaj przecież zapewnienie ciągłości dostaw energii, bezpieczeństwo ludzi, czy wręcz bezpieczeństwo energetyczne kraju. W sytuacji gdy obserwujemy gwałtowny wzrost liczby lokalnych źródeł energii, widać też wyraźnie konieczność ujednolicenia sposobu komunikacji. Naprzeciw tym potrzebom wychodzi standard komunikacyjny IEC 61850/61400-25. Stale rozwijany, stopniowo wdrażany w Polsce i na świecie, docelowo ma obejmować wszystkie obszary energetyki.
WAGO dla energii z wiatru
Pokazowym zastosowaniem standardu IEC 61400-25 (Komunikacja układów monitorowania i sterowania elektrowni wiatrowych) jest koncepcja systemu sterowania turbiną wiatrową opartego na WAGO-I/O-SYSTEM 750. Centralny element systemu stanowi sterownik PLC WAGO do telekontroli wyposażony w binarne i analogowe moduły I/O. Na kanały wejść sterownika przewidziano doprowadzenie sygnałów z urządzeń pomiarowych oraz czujników, m.in. wiatromierza ultradźwiękowego, czujników nachylenia łopat turbiny, czy też tachometru realizującego pomiar prędkości obrotowej wirnika. Do rejestracji parametrów wytwarzanej energii zaproponowano wykorzystanie modułu do pomiarów trójfazowych WAGO 750-494. Dzięki realizacji programu sterującego, napisanego w środowisku WAGO-I/O-PRO CAA, sterownik może wpływać na stan elementów wykonawczych, np. serwomechanizmu kierowania elektrowni czy siłownika do regulacji nachylenia łopat, dążąc do uzyskania ustawienia zapewniającego maksymalną wytwarzaną moc przy danych warunkach atmosferycznych.
Schemat budowy systemu sterowania turbiny wiatrowej
Konfiguracja komunikacji po IEC 61400-25 jest możliwa dzięki narzędziu konfiguratora WAGO IEC 61850 współpracującego ze sterownikiem do telekontroli. Standard zakłada opis funkcjonalności urządzenia w postaci abstrakcyjnego modelu danych – ułatwia to tworzenie systemów bez względu na typ i producenta urządzeń. Konfigurator WAGO IEC 61850 obsługuje szeroką grupę węzłów logicznych dla turbin wiatrowych. Przykładowo, węzeł logiczny WROT opisuje parametry wirnika turbiny (np. aktualną prędkość, dane z tabliczki znamionowej), WGEN wielkości charakteryzujące generator, węzeł logiczny WMET natomiast może posłużyć do zamodelowania warunków atmosferycznych.
Zaleta – mobilność
Środowisko programowania WAGO-I/O-PRO CAA zawiera zintegrowany edytor wizualizacji. Dzięki niemu utworzenie ekranów do monitorowania parametrów pracy systemu oraz sterowania jest niezwykle intuicyjne i sprowadza się do skojarzenia zmiennych projektowych z elementami graficznymi wizualizacji. Ponadto wizualizacja może zostać zapisana na web serwerze sterownika i uruchamiana poprzez przeglądarkę na urządzeniach mobilnych. Zbudowane okna wizualizacji zostały przystosowane do obsługi na ekranach dotykowych o niewielkich wymiarach, m.in. poprzez podział na zakładki, ograniczenie do koniecznego minimum wyświetlanych informacji oraz wprowadzanie nastaw w nowym oknie klawiatury numerycznej. Ułatwia to zdalną obsługę turbiny z tabletu lub smartfona.
Przykładowe okna wizualizacji systemu (WAGO-I/O-PRO CAA)
Sterowniki PLC do telekontroli w wykonaniu WAGO łączą modularność i prostotę programowania sterownika z zapewnioną przez standardy rodziny IEC ciągłością informacji w rozległych systemach sterowania. Zastosowanie opisanego rozwiązania w przydomowych elektrowniach wiatrowych może nie tylko zoptymalizować zużycie energii, ale także ułatwić w przyszłości rozbudowę i rozwój systemu, na przykład poprzez przyłączenie do struktury Smart Grid.
Klara Sereja, Politechnika Lubelska
laureatka 1 nagrody w konkursie dla studentów
organizowanym w ramach konferencji „Fabryka przyszłości – w drodze do Przemysłu 4.0”