巴鲁夫：传感器里玩出的风电大智慧

本刊|夏云峰

巴鲁夫：传感器里玩出的风电大智慧

本刊|夏云峰

“中国制造2025”“工业4.0”概念的提出，都意味着今后风电等行业的生产环节会变得越来越智能、灵活。所谓的“智能”，简单来说就是让设备能够自我优化、自动化操作。要实现这一过程，获取更多、更准确、更可靠的实时数据无疑是至关重要的。在这种情况下，核心部件——传感器的作用将会日益凸显。如何提升传感器的性能才能使其适应工业的未来发展趋势呢？作为国际领先的自动化解决方案提供商，拥有近100年历史的巴鲁夫给出的答案是智能化。

巴鲁夫中国市场部总监吴涛告诉本刊记者：“我们进入风力发电领域已经近30年，虽然提供的产品在风电机组的复杂零部件系统中看似微不足道，但却是提高整个产业智能化程度和生产效率的核心一环。”他举例说，巴鲁夫研发的一种智能化节能电源，可以广泛应用于风电设备。该电源具有93%的有效能率，是一个半独立罐装装置，专为高振动和振动载荷而设计，具有80万小时平均故障间隔时间以及长达20年的极长使用寿命。与其他产品相比，这款电源的优势也是显而易见的：它是第一个不需要中间变压器就能直接连接到电压发电机的电源，显示装置状态以及使用情况的光学指示器也是独一无二的。由于其轨道的动态负载，即使在高负荷状态下也能连续运行，这使得30%至50%的储备将不再需要。

电源中结合了微控制持续监测器的新型专用传感器，可用于呈现电源的状态，如温度、过载、故障等。对这些参数的智能评估，将让使用者在实施维护测量时能够很轻松地掌握装置的状况，从而大大减少整个系统失效的概率。交通信号灯中彩色发光二极管的颜色则为用户提供了关于当前负荷水平、“应力水平”以及使用期限的持续信息、剩余平均寿命的预测。这些指标显示得足够明亮，从几米以外就能够看到。

据吴涛介绍，该电源可以直接连接到风电机组的发电机上。这样做，不仅使得安装更加省力，还能够减少易损坏部件的数量，热损失也较小，相应地提高了系统的效率。

为了让风电机组更加可靠，巴鲁夫还提出了其他一系列智能传感器解决方案。IO-Link就是其中的一个关键解决方案，也是全球首个用于传感器与执行器通信的标准化IO技术。IO-Link的工作方式是独立于任何现场总线的，它是对传感器和控制器之间现有连接技术的进一步发展。通过巴鲁夫的扩展I/O集线器，每个网络节点有高达496个I/O点。

普通传感器只能提供标准的I/O信号，这难以确保信号传输的可靠性和准确性。吴涛介绍，在风电运维中时常会碰到这样的一幕：风电机组处于正常运行中，控制系统忽然报出一些故障信息并立刻停机。但是等工程师到达现场之后，经过检查却并未能找到明显的故障源。这种情况，很有可能就是因为传感器信号丢失或者给出了错误的信号所引起的。

巴鲁夫基于IO-Link研制的智能传感器能够有效地避免上述情况的出现。记者了解到，除了标准的I/O信号，该传感器还能够将更多的实时状态数据，例如短路、断路、供电等诊断信息传输给控制系统，实现对于传感器自身状态的连续诊断。除此之外，对于一些功能更复杂，需要进行参数配置的传感器，也可以通过控制系统进行自动配置。

IO-Link是第一个开放的国际智能传感器标准，采用统一并且通用的控制技术接口，独立于现场总线，通过串行的双向点对点连接方式，接收或者发送I/O信号、配置数据、诊断数据或其他过程数据。

由于IO-Link采用了串行通信方式，比起常规的模拟量信号有着更强的抗干扰能力。而且只需要采用非屏蔽的三芯/四芯电缆就能够实现与控制器的通信，最长通信距离可以达到20米，也没有特殊的接地要求，不但能够有效解决风电机组内部的电磁干扰问题，也大幅降低了接线的成本。

一个标准的IO-Link通信网络主要包括3个层面，包括智能传感器、IO-Link主站模块以及控制器PLC。IOLink主站模块支持各类主要的总线协议，例如Beckhoff系统的EtherCAT协议，应用起来非常简便快捷。

对于所有参与“工业4.0”的相关方来说，他们所面临的另一个挑战是如何处理所有数据。这些数据，通常都是大数据，需要转换成智能数据供系统或人员进行决策。在这种情况下，客户需要更大容量的RFID编码块以存储更多数据，并对系统读写速度提出了更高的要求。为此，巴鲁夫推出了容量达到128kB的高速编码块BIS V。

此外，巴鲁夫还专为风电机组开发了微脉冲位移传感器BTL。BTL安装在液压变桨系统的液压油缸中，通过精确检测磁环的运动位置来测量活塞杆的位移，以此检测叶片桨距角，使机组可以根据风速来准确调节叶片角度，从而在确保运行可靠性的前提下，最大限度提升机组的发电效率。线性磁栅位移传感器BML则被安装在变桨轴承上，能够精准地测量桨距角，实现最优化控制策略。它还可以借助参考点判断叶片的零度位置。BML采用非接触无磨损的测量方式，因此能够大幅延长设备的使用寿命。

“我们希望通过应用以上智能传感器，让客户直接打通从上层PLC到下层传感器的整个网络连接，从而实现对整个风电系统的掌控。”吴涛表示。

吴涛对巴鲁夫在中国能源行业的发展有着更为深刻的思考：作为合作伙伴，巴鲁夫希望为客户提供创新的解决方案，在降低成本的同时，大幅度提高效率，推动智能工厂自动化的进程。作为企业，可持续发展和质量优先的传统价值观是极其重要的，巴鲁夫始终致力于确保客户在全球范围内获得最佳的应用程序协助和服务。通过开放和进步的观念，确保产品在未来的可持续性发展。“我们认为自己是‘工业4.0的心跳’，始终有跳动的活力，有创新的理念。”他指出，“实现‘工业4.0’及‘中国制造2025’的基础之一是相关数据的实时可用性，以及在任意时间点最大程度挖掘数据价值的能力，而巴鲁夫先进的传感器整体解决方案和识别系统确保了这种可用性。相信在自动化进程不断加快的时代，巴鲁夫一定能作为推动者助力中国企业走向智能制造。”