Con un controlador abierto y de alto rendimiento en tiempo real de Weidmüller basado en dos núcleos de procesador, además de una biblioteca de software específica para la aplicación, Solutions 4 Energy GmbHestá acelerando significativamente los procesos de ingeniería y puesta en marcha de sus turbinas eólicas. Una solución de visualización coordinada, modular y escalable, que incluye funciones en la nube, hace que el manejo de las turbinas eólicas sea un juego de niños.
Solutions 4 Energy GmbH, conocida como S4E, es un fabricante y consultor ambicioso e innovador que trabaja en el sector de las energías renovables, especialmente en el segmento de la energía eólica terrestre y marina. "Para hacer más eficiente la instalación y la puesta en marcha de sus instalaciones de energía eólica, S4E ha establecido una asociación estratégica con Weidmüller", informa Thomas Schubert, Director General de Solutions 4 Energy GmbH. El compromiso incluye toda la tecnología de automatización, incluidos dos cuadros listos para usar, uno para la caja superior y otro para la caja inferior. Los paneles se planifican, ensamblan y prueban en Weidmüller, por lo que se entregan listos para usar.
"Cuando iniciamos nuestra asociación, trabajamos juntos para desarrollar un catálogo de requisitos completos en el que Weidmüller incorporó sus soluciones", añade Thomas Schubert.
El catálogo de requisitos formó la base para seleccionar nuestro socio y sus soluciones:
"Cuando trabajamos juntos para crear el catálogo de requisitos, pudimos incorporar la experiencia adquirida anteriormente en otros numerosos proyectos", explica Marc Liebert, Wind Industry Development Manager de Weidmüller.
Controlador basado en PC de Weidmüller como solución abierta e individual
"Los componentes clave de las turbinas son un controlador robusto y de alto rendimiento con dos núcleos de procesador, el sistema operativo RTLinux para tareas de comunicación y visualización y eCos como sistema operativo en tiempo real. En el innovador controlador, la norma IEC 61131 es responsable de los procesos determinísticos, es decir, tiempos de ciclo extremadamente cortos y definidos con precisión. El controlador está preparado para la IoT, y su arquitectura también permite la implementación de dos "zonas de confianza". "El sistema está diseñado para ser robusto y fiable en condiciones de funcionamiento duras: es capaz de resistir condiciones extremas de frío, calor y vibraciones", continúa el Sr. Liebert.
Uno de los requisitos de S4E fue que los modelos de simulación y regulación creados tenían que ser fáciles de transferir al controlador. Se utilizó Simulink como herramienta de ingeniería, además de otras soluciones. Es un entorno de diagrama de bloques para simulación de varios dominios. La herramienta soporta los procesos de diseño y simulación a nivel del sistema y permite la generación automática de códigos, así como pruebas y verificación continuas del sistema. Simulink está integrado en la plataforma MATLAB de MathWorks, por lo que los algoritmos MATLAB pueden ser incluidos en modelos de simulación, analizados y procesados con facilidad. Los modelos MATLAB / Simulink se pueden transferir fácilmente al controlador Weidmüller, donde se ejecutan en tiempo real.
"En Solutions 4 Energy confiamos en el sistema zenon SCADA de COPA-DATA, que cuenta con funcionalidad y rendimiento escalables, para administrar el funcionamiento del parque eólico. El sistema también admite la integración de controladores de diferentes fabricantes y cuenta con todos los protocolos de comunicación necesarios, como IEC 61850 o IEC 61870. Se accede a los datos de forma remota a través de una conexión VPN segura y/o utilizando cualquier solución de nube", explica el Sr. Liebert. En el ejemplo que se muestra, Weidmüller utiliza la nube de Microsoft Azure, en la que se instala zenon Runtime y la visualización de cada instalación está disponible en todo el mundo. Un punto clave a este respecto durante el proceso de selección del sistema fue también la selección gratuita de la nube, por lo que no se dependía de ningún fabricante.
Para la automatización de turbinas eólicas, Weidmüller ofrece una Biblioteca de energía eólica especial con módulos funcionales ya preparados, que cubren alrededor del 80 % de las funciones de las turbinas eólicas modernas. Los módulos disponibles incluyen los destinados a la implementación rápida y fácil de las funciones del sistema, el control de paso y la góndola, las funciones de torre, el control de condiciones y una amplia gama de funciones físicas. El usuario puede combinar estos módulos entre sí como desee, y si es necesario, incluso puede modificarlos y, de este modo, adaptarlos individualmente a su propio hardware o tareas específicas. La protección de los conocimientos técnicos se asume en este contexto.
Incluso cuando se utilizaba la Biblioteca de energía eólica por primera vez, Solutions 4 Energy pudo implementar aproximadamente el 70 % de las funciones directamente con módulos de la biblioteca. La biblioteca fue creada por Solutions 4 Energy de acuerdo con las especificaciones de procedimiento. Los módulos restantes, por su parte, fueron modificados o reprogramados e implementados en estrecha coordinación con Weidmüller.
"En Weidmüller contamos con una sala de aplicaciones muy bien equipada para soluciones de automatización de energía eólica, donde todas las funciones programadas se ponen a prueba en módulos reales antes de la entrega. Por lo tanto, los clientes pueden estar seguros de que la instalación funcionará sin problemas también durante la operación", explica el Sr. Liebert.
Comunicación continua
Un requisito esencial que se esperaba de la nueva solución era garantizar la comunicación abierta para facilitar la conexión de componentes de diferentes proveedores. Esto incluye, por ejemplo, el controlador de seguridad, que realiza un intercambio fiable de datos a través de PROFINET. Las expansiones adicionales se pueden incorporar fácilmente a través de los módulos correspondientes del sistema de E/S u-remote. Los dispositivos de campo, como los indicadores de la velocidad del viento y la dirección del viento, los sensores de vibración y los codificadores de valor absoluto para registrar la posición de la góndola y el sistema de paso, se conectan con facilidad a los módulos u-remote proporcionados para este fin y, por lo tanto, se integran en el sistema de control de Weidmüller.
Los cuadros de la góndola y de la base de la torre se conectan entre sí mediante interruptores. El interruptor en la base de la torre no solo suministra datos al controlador principal, sino también al sistema SCADA. Todas las comunicaciones entre los componentes se realizan a través de PROFINET y de un mando a distancia, lo que también es cierto en el caso de un instrumento de medida multifuncional de Bender que se encuentra en la base de la torre. El instrumento de medición registra todas las variables eléctricas clave (corrientes, tensiones, frecuencia, salidas, etc.) y las transfiere al sistema SCADA para su evaluación y archivo. Un router con un módem 3G/UMTS integrado conecta la turbina eólica a la sala de control.
Implementación exitosa
"Hemos implementado y conectado con éxito nuestro primer proyecto conjunto con la nueva solución de automatización como equipo", informan el Sr. Schubert y el Sr. Liebert. Solutions 4 Energy pudo incorporar con éxito los conocimientos técnicos adquiridos y aplicarlos directamente a grandes partes del proceso de planificación de proyectos. El concepto de biblioteca era compatible con este proceso y permitía el uso conveniente y repetido de las funciones de control o visualización. Los nuevos proyectos y otras aplicaciones se pueden implementar de manera rápida y fácil simplemente copiando los módulos de la biblioteca. "Estamos seguros de que habrá muchos más proyectos conjuntos en el futuro", afirma Thomas Schubert, Director General de Solutions 4 Energy GmbH.