1 新一代轉(zhuǎn)子葉片試驗(yàn)臺

　　隨著風(fēng)機(jī)容量增大，搭載的葉片長度也隨之增長，新 一代風(fēng)力發(fā)電機(jī)將配備長達(dá)100米的巨型轉(zhuǎn)子葉片，而這 些葉片對于丹麥奧爾堡的 Blaest公司的現(xiàn)有試驗(yàn)臺來說 實(shí)在太大了。公司為此建造了新的測試中心，完全重新設(shè) 計(jì)了其控制和測試裝備：EtherCAT P和一個定制的測量 放大器箱現(xiàn)在取代了數(shù)百根線纜，并通過靠近測量點(diǎn)的數(shù) 字化測量設(shè)備提高精度。通過配備基于PC的控制技術(shù)， Blaest現(xiàn)在已經(jīng)為未來的成功發(fā)展做好充分準(zhǔn)備。

　　Blaest總部位于丹麥奧爾堡市的利姆峽灣岸邊，碧波 蕩漾的海面上，一排排白色的風(fēng)機(jī)高高聳立，巨大的槳葉 緩緩轉(zhuǎn)動。公司成立于 2005年，其前身是丹麥可持續(xù)能 源國家實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室從上世紀(jì)80年代開始就一直致力于 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的測試。當(dāng)時，實(shí)驗(yàn)室仍然使用沙袋測量葉 片的承重能力。時至今日，測量方法日漸成熟并完全數(shù)字 化，機(jī)電自動加載系統(tǒng)將葉片連接到固定在大廳地板上的 牽引工位上。在兩到三個月的測試期間，每個轉(zhuǎn)子葉片都 將以很大的力在不同的方向上擺動約400萬次。

　　“我們的主要工作就是進(jìn)行葉片疲勞試驗(yàn)，以幫助各 風(fēng)機(jī)制造商的風(fēng)機(jī)樣機(jī)獲得認(rèn)證?！盉laest 測試工程師 Nicolai Vangsgaard 解釋道。風(fēng)機(jī)葉片的設(shè)計(jì)使用壽命 通常約為20 到30年，Blaest專家會對每個葉片的各項(xiàng)性 能進(jìn)行檢測，以驗(yàn)證葉片能否正常服役這么多年。

　　“我們采用模擬葉片承受的設(shè)計(jì)載荷方式驗(yàn)證葉片的 疲勞性能，因此要盡可能廣泛地采用數(shù)字化手段和盡可能 高的精度完成所有測試步驟。”Nicolai Vangsgaard說 道。因此，Blaest公司現(xiàn)在選用了倍?；赑C的控制和 測量技術(shù)。畢竟，測量速度越快，精度越高，數(shù)據(jù)采集以 及后續(xù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果就越精確。

　　2 更長的轉(zhuǎn)子葉片要求更快的數(shù)據(jù)采集速度

　　2018年，公司決定擴(kuò)建其位于奧爾堡基地的檢測中 心，新建一棟更大的試驗(yàn)廳，并升級更新之前使用的控制 系統(tǒng)。系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制與數(shù)百個沿著巨大的轉(zhuǎn)子葉片運(yùn)行的 數(shù)據(jù)采集箱之間的通信，并采集傳感器中的測量信號。在 傳統(tǒng)的測試方法中，每個測量點(diǎn)都需要一根單獨(dú)的線纜， 這樣不僅會產(chǎn)生巨額成本，而且用來連接葉片以及控制系 統(tǒng)的線纜會太多，容易纏到一起。

　　“我們的主要目標(biāo)是擁有一個更加靈活、通道數(shù)量 可以隨著風(fēng)機(jī)葉片長度增加和性能的增強(qiáng)而隨時擴(kuò)展的系 統(tǒng)。”測試工程師解釋道。這是因?yàn)橄乱淮娘L(fēng)機(jī)葉片長 度將達(dá)到100米，而不是現(xiàn)在常見的70至80米。這意味 著需要更多的傳感器和更多的測量通道，因此需要更高的 同步性能和精度，才能記錄和處理更多的數(shù)據(jù)。更重要的 是，在采集數(shù)據(jù)時，應(yīng)盡可能靠近每個測量點(diǎn)，避免像以 前那樣使用需要不斷維護(hù)和更換的數(shù)英里長的電纜。由于

　　數(shù)百個應(yīng)變片用于測量牽引工位(在背景)啟動的 100 米長的轉(zhuǎn)子葉片工 作時產(chǎn)生的力和振動

　　典型的測量裝置，在一個基礎(chǔ)載體上有多個稱重傳感器放大器。在這里， 轉(zhuǎn)子部分的應(yīng)變片集中在一處，通過 EtherCAT P 供電和通信

　　Blaest使用的是公司為每個客戶自主研發(fā)定制的軟件，因 此需要有一個既開放又適應(yīng)性又很強(qiáng)的自動化系統(tǒng)。

　　3 根據(jù)用戶具體需求定制開發(fā)

　　為了最大限度地降低布線的復(fù)雜性，倍?；ㄙM(fèi)了六 個月時間開發(fā)了一款分布式多通道 EtherCAT P端子盒， 用于評估測量電橋， 以采集轉(zhuǎn)子葉片上應(yīng)變式傳感器發(fā) 出的信號。此款I(lǐng)/O 端子盒是ELM3504 EtherCAT端子 模塊的衍生產(chǎn)品， 支持分析全橋、半橋和四分之一橋， 分辨率為 24 位，采樣率高達(dá) 10 ksps。參數(shù)可以通過 EtherCAT使用CoE目錄設(shè)置。端子盒配備了 IP20 電阻 橋接口， 適用于在環(huán)境受保護(hù)的前提下靠近測量點(diǎn)的應(yīng) 用場景?！鞍凑湛蛻粜枨蠖ㄖ崎_發(fā)的EtherCAT P端子盒 EPP3504 -0023目前已成為我們EtherCAT P產(chǎn)品系列中 不可缺少的部分?！北陡５湻止句N售工程師J?rgen Berg補(bǔ)充道。

　　EtherCAT P端子盒將靠近測量點(diǎn)的模擬量傳感器的 信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量測量值，這在很大程度上降低了電纜干 擾和模擬信號失真的風(fēng)險(xiǎn)。任何一名檢測工程師都可以 肯定的是： “線纜越短， 測量結(jié)果就越準(zhǔn)確?！贝送猓?EtherCAT P既可傳輸EtherCAT信號，又能夠供電，減少 了需使用的線纜數(shù)量?！斑@個方案之所以能成功，是因?yàn)?EtherCAT能夠處理大型網(wǎng)絡(luò)，同時還能實(shí)現(xiàn)極低的實(shí)時 更新時間。”J?rgen Berg補(bǔ)充道。在一次風(fēng)機(jī)測試期間平均可以記錄9500億個測量值，相當(dāng)于總共7兆字節(jié)的數(shù)據(jù)。500個稱重傳感器的測量值每隔4毫秒就會流入一個數(shù)據(jù)庫。

　　舊的 測量系 統(tǒng)需要 為每臺 測試裝置 鋪設(shè)超 過10公 里的線纜。相比之下，目前使用的基于 Ethe rCAT P 和Ethe rCAT P端子盒的系統(tǒng)線纜長度只有1 公里，并 且可以通過添加稱重傳感器的方式輕松擴(kuò)展。Nicolai Vangsgaard 認(rèn)為，僅從減少的安裝工作量來算，每個 測試結(jié)構(gòu)就能節(jié)省 30,000 丹麥克朗(約4000歐元或美 元)?！氨陡５目刂葡到y(tǒng)不僅滿足了我們在數(shù)字化和智能 數(shù)據(jù)采集方面的需求，而且在價(jià)格、可用性以及技術(shù)支持 方面都具有明顯優(yōu)勢，提升了我們的競爭力。”Nicolai Vangsgaard說道。

　　“Blaest實(shí)際上運(yùn)營著世界上最大的EtherCAT熱連 接系統(tǒng)。”J?rgen Berg說道。每個 EPP 端子盒都有自 己的地址，因此可以即時添加或刪除模塊。根據(jù)Nicolai Vangsgaard的說法，“事實(shí)上，一切都已經(jīng)預(yù)先配置好 了，因此可以輕松修改這些配置?！盉laest的控制柜內(nèi) 目前只需安裝一臺工業(yè) PC、一個 EtherCAT P接口和一 個安全模塊。“總體來說，它的速度更快，適應(yīng)性更強(qiáng)， 同時成本也更低， 測量更精確。另一大優(yōu)點(diǎn)是， 系統(tǒng)具 有良好的開放性， 即我們的測試中心對所有風(fēng)機(jī)制造商 開放，因此可以根據(jù)幾乎任何需求進(jìn)行調(diào)整。”Nicolai Vangsgaard 強(qiáng)調(diào)道。

　　據(jù) Blaest 測試工程師 Nicolai Vangsgaard 稱：“EtherCAT 熱連接和 EtherCAT P 讓我們的測量裝置能夠快速、靈活地適應(yīng)個性化的應(yīng)用需求?！?/span>