Transparente und flexible Automatisierung
Komfortpaket für Windanlagen
Mit offener PC-basierter Echtzeitsteuerung und einer anwendungsspezifischen Software-Bibliothek beschleunigt ein chinesischer Hersteller das Engineering und die Inbetriebnahme seiner Windturbinen deutlich. Ein darauf abgestimmtes, modulares Wind-Scada-System verbessert zudem den Betrieb und die Diagnose einzelner Windkraftanlagen sowie komplexer Windparks.
China Creative Wind Energy, kurz CCWE, ist ein Hersteller von Windkraftanlagen (WKA) und auch Ausrüster komplexer Windparks, vorwiegend im Inland, vereinzelt auch im Ausland. Um seine WKA effizient auslegen, in Betrieb nehmen und betreiben zu können, hat CCWE mit Siemens einen zweiten Ausrüster für Automatisierungstechnik ins Boot geholt. Man suchte vor allem eine Alternative zur bisherigen Turbinenhauptsteuerung, einer Blackbox ohne ausreichende Möglichkeit der Veränderung oder Anpassung an unterschiedliche Anforderungen. Im Fokus der Suche standen: Offenheit in Hard- und Software sowie bei der Kommunikation, um Systemkomponenten anderer Hersteller über verschiedene Bussysteme einfach anbinden zu können; Skalierbarkeit in Funktionsumfang und Leistung, um unterschiedliche Turbinen mit ein und demselben System realisieren zu können und einfache Integration einer oder mehrerer Turbinen in ein überlagertes Scada-System für effizientes Turbinen- bzw. Windpark-Management. Die neuen Komponenten sollten außerdem den Anforderungen der Guideline 2010 des Germanischen Lloyd entsprechen, was die Zertifizierung der Anlagen und damit die weltweite Vermarktung vereinfacht. Die gemeinsam mit Siemens entwickelte Lösung erfüllt all diese Anforderungen und passt in den Kostenrahmen des Herstellers.
PC-basiert und offen zur individuellen Lösung
Neues Herzstück der Turbinenhauptsteuerung ist ein robuster Simatic-IPC vom Typ 427C mit Windows-Embedded-Betriebssystem und der Echtzeiterweiterung WinAC RTX 2010 für deterministische Abläufe. Das festplattenlose System bringt die erforderliche Robustheit und Zuverlässigkeit mit für die rauen Einsatzbedingungen und extreme Kälte oder Wärme. Eine Forderung des Anlagenbauers war es, mit externen Software Tools erstellte Simulations- bzw. Regelungsmodelle möglichst einfach auf die Steuerung bringen zu können. Siemens erfüllt diese mit dem Add-On WinAC Target für Matlab/Simulink, womit sich unter Step 7 und WinAC ODK Simulink-Modelle schnell und einfach in die Steuerung übertragen und darauf in Echtzeit ausführen lassen. Ein weiterer Grund für die Siemens-Lösung war die Wind-Library, eine für die WKA-Automatisierung maßgeschneiderte Bibliothek mit rund 50 vorgefertigten Funktionsbausteinen für S7-Steuerungen. Die Bausteine sind als Source-Code verfügbar und decken rund 80 Prozent der Funktionen heutiger Windkraftanlagen ab. Enthalten sind Bausteine zur schnellen und einfachen Umsetzung von Systemfunktionen, der Pitch- und Gondelsteuerung, von Turmfunktionen, der Zustandsüberwachung und diverser physikalischer Funktionen. Diese können vom Anwender frei miteinander kombiniert, bei Bedarf auch modifiziert und an spezifische Hardware bzw. Aufgaben angepasst werden. CCWE hat die Wind-Library erstmals beim Re-Engineering der Hauptsteuerung seiner Serienmaschine, der 1,5MW-Turbine, eingesetzt und konnte dabei rund 75 Prozent der Funktionen direkt mit Bausteinen aus der Bibliothek umsetzen. Die übrigen wurden in enger Abstimmung mit dem Hersteller modifiziert bzw. neu programmiert und implementiert. Das hat das Engineering und im Anschluss die Inbetriebnahme schon bei der ersten Anwendung wesentlich beschleunigt und wird dies in Zukunft noch weitaus mehr tun. Dazu trägt auch die flexible Ladefunktion von WinAC bei, die eine einfache Übertragung des Steuerungsprogramms via Copy&Paste von einem USB-Stick auf die Steuerung ermöglicht, sodass im Feld auf Engineering Tools verzichtet werden kann. Das Gleiche gilt für den Transfer und Download von Bedienoberflächen für das Visualisierungssystem Simatic WinCC.
Durchgängig offene Kommunikation
Eine essenzielle Anforderung an die neue Lösung war eine offene Kommunikation, um unterschiedliche Komponenten von Drittanbietern problemlos anbinden zu können. Darunter die Steuerung des Pitch-Systems, das über ein Schleifringsystem Daten via CANopen austauscht. Die Anbindung konnte unkompliziert über ein 1SI-CANopen-Modul von HMS Industrial Networks realisiert werden. Es erweitert die Simatic-ET200S-Familie und ermöglicht eine direkte Anbindung von CAN- und CANopen-basierten Feldgeräten. Über ein weiteres 1SI-Modul konnte auch ein Vibrationssensor per Modbus in das neue Steuerungssystem integriert werden. Die Schaltschränke in der Gondel und im Turmfuß sind über zwei Scalance-Switches vom Typ X206-1 und Lichtwellenleiter miteinander verbunden. Über den Switch im Turmfuß wird neben der neuen IPC-Hauptsteuerung auch das Wind-Scada-System mit Daten versorgt. An die ET200S-Station im Turmfuß sind via Profibus ein Multifunktionsmessgerät Sentron PAC3200 von Siemens und ein Umrichter eines weiteren Zulieferers angebunden. Das Messgerät erfasst hier alle wichtigen elektrischen Größen und übergibt diese an das Scada-System zur Auswertung und Archivierung.
