Com um controlador aberto e de alto desempenho em tempo real da Weidmüller, baseado em dois núcleos de processador, além de uma biblioteca de software específica para aplicações, a Solutions 4 Energy GmbH está a acelerar significativamente os processos de engenharia e de inicialização das suas turbinas eólicas. Uma solução de visualização coordenada, modular e dimensionável, incluindo recursos de cloud, faz com que a operação das turbinas eólicas seja extremamente simples.
A Solutions 4 A Energy GmbH, conhecida como S4E, é um fabricante e consultor ambicioso e inovador que opera no setor das energias renováveis, especialmente no segmento da energia eólica onshore e offshore. "Para tornar a instalação e o arranque das suas instalações de energia eólica mais eficientes, a S4E entrou numa parceria estratégica com a Weidmüller", relata Thomas Schubert, Diretor-Executivo da Solutions 4 Energy GmbH. O compromisso inclui toda a tecnologia de automação, incluindo dois painéis prontos a usar - um para a caixa de topo e outro para a caixa inferior. Os painéis são planeados, montados e testados na Weidmüller, de modo a estarem prontos para a utilização.
"Quando iniciámos a nossa parceria pela primeira vez, trabalhámos juntos para desenvolver um catálogo abrangente de requisitos, no qual a Weidmüller incorporou as suas soluções", acrescenta Thomas Schubert.
O catálogo de requisitos formou a base para a seleção do nosso parceiro e as suas soluções:
"Quando estávamos a trabalhar juntos para criar o catálogo de requisitos, conseguimos incorporar a experiência que adquirimos anteriormente em vários outros projetos", explica Marc Liebert, Diretor-Executivo da Indústria Eólica da Weidmüller.
O controlador com base em PC da Weidmüller como uma solução aberta e individual
"Um controlador robusto e de alto desempenho com dois núcleos de processador, o sistema operacional RTLinux para tarefas de comunicação e visualização e eCos como um sistema operacional em tempo real são os principais componentes das turbinas. No controlador inovador, a norma IEC 61131 é responsável por processos determinísticos - isto é, tempos de ciclo extremamente curtos e definidos com precisão. O controlador está pronto para a IoT, e a sua arquitetura também permite a implementação de duas "zonas fiáveis". "O sistema foi projetado para ser robusto e confiável, de modo a ser usado em condições operacionais difíceis - ele é capaz de resistir ao frio, calor e a vibrações extremos", continua o Sr. Liebert.
Um dos requisitos da S4E era que os modelos de simulação e regulamentação criados tinham de permitir a transferência simples para o controlador. Foi usado o Simulink, como uma ferramenta de engenharia, bem como outras soluções. Trata-se de um ambiente de diagramas em bloco para a simulação de vários domínios. A ferramenta suporta os processos de design e simulação ao nível do sistema e permite a geração automática de código, bem como o teste e a verificação contínuos do sistema. O Simulink está integrado na plataforma MATLAB da MathWork, portanto os algoritmos MATLAB podem ser incluídos em modelos de simulação, analisados e processados com facilidade. Os modelos MATLAB / Simulink podem ser facilmente transferidos para o controlador da Weidmüller, onde são executados em tempo real.
"Nós, na Solutions 4 Energy, baseamo-nos no sistema SCADA zenon da COPA-DATA, que apresenta funcionalidades e desempenho dimensionáveis, para gerir a operação do parque eólico. O sistema também suporta a integração de controladores de fabricantes diferentes e tem todos os protocolos de comunicação necessários, como a IEC 61850 ou IEC 61870. Os dados são acedidos remotamente através de uma conexão VPN segura e/ou usando qualquer solução em cloud", explica o Sr. Liebert. No exemplo mostrado, a Weidmüller usa a Cloud Microsoft Azure, na qual está instalado o zenon Runtime, e a visualização de cada instalação está disponível em todo o mundo. Um ponto-chave nesse aspeto durante o processo de seleção do sistema foi também a seleção livre da cloud, de modo a não existir nenhuma dependência de um determinado fabricante.
Para a automação da turbina eólica (WT), a Weidmüller dispõe de uma Biblioteca Eólica especial com módulos funcionais prontos a usar, que abrangem cerca de 80% das funções das turbinas eólicas modernas. Os módulos disponíveis incluem aqueles para a implementação rápida e fácil das funções do sistema, controlo de densidade e da nacela, funções da torre, monitorização das condições e uma grande variedade de funções físicas. O utilizador pode combinar estes módulos uns com os outros conforme desejar e, se necessário, pode até modificá-los e, dessa forma, adaptá-los individualmente ao seu próprio hardware ou a tarefas específicas. A proteção do know-how é um dado adquirido a este respeito.
Mesmo quando estava a usar a Biblioteca Eólica pela primeira vez, a Solutions 4 Energy conseguiu implementar cerca de 70% das funções diretamente com módulos da biblioteca. A biblioteca foi criada pela Solutions 4 Energy de acordo com as especificações dos procedimentos. Os módulos restantes, por sua vez, foram modificados ou reprogramados e implementados em estreita coordenação com a Weidmüller.
"Na Weidmüller, temos uma sala de aplicações muito bem equipada para soluções de automação de energia eólica, onde todas as funções programadas são testadas em módulos reais antes do fornecimento. Portanto, os clientes podem ter certeza de que a instalação funcionará sem falhas durante a operação", explica o Sr. Liebert.
Comunicação contínua
Um requisito essencial esperado da nova solução era garantir a comunicação aberta para facilitar a conexão de componentes de diferentes provedores. Isto inclui o controlador de segurança que realiza a troca de dados fiável no PROFINET, por exemplo. As expansões adicionais podem ser facilmente incorporadas através dos módulos correspondentes do u-remote do sistema I/O. Dispositivos de campo, tais como a velocidade do vento e os indicadores de direção do vento, sensores de vibração e os codificadores de valor absoluto para registar a posição da nacela e do sistema de densidade, são conectados com facilidade aos módulos u-remote fornecidos para esse fim e, portanto, são integrados no sistema de controlo da Weidmüller.
Os painéis na nacela e na base da torre estão conectados uns aos outros através de switches. O switch na base da torre não fornece apenas dados ao controlador principal, mas também ao sistema SCADA. Toda a comunicação entre os componentes ocorre via PROFINET e u-remote, e isso também se aplica a um instrumento multifuncional de medição da Bender, que está localizado na base da torre. O instrumento de medição regista todas as variáveis elétricas principais (corrente, tensões, frequência, saídas, etc.) e transfere as mesmas para o sistema SCADA para fins de avaliação e arquivo. Um router com um modem 3G/UMTS integrado liga a turbina eólica à sala de controlo.
Implementação bem-sucedida
"Implementámos e conectámos com êxito o nosso primeiro projeto conjunto, como uma equipa, com a nova solução de automação", relatam o Sr. Schubert e o Sr. Liebert juntos. A Solutions 4 A Energy conseguiu incorporar com êxito o know-how adquirido e aplicá-lo diretamente a grandes partes do processo de planeamento do projeto. O conceito de biblioteca suportou esse processo e permitiu a utilização conveniente e repetida das funções de controlo ou visualização. Novos projetos e outras aplicações podem ser implementados de forma rápida e fácil, simplesmente copiando os módulos de biblioteca. "Temos a certeza de que haverá muito mais projetos conjuntos no futuro", diz Thomas Schubert, Diretor-Executivo da Solutions 4 Energy GmbH.