2つのプロセッサーコアを搭載したワイドミュラーのオープンで高パフォーマンスのリアルタイムコントローラーと、用途に合わせたソフトウェアライブラリで、Solutions 4 Energy社は風力タービンの設計と起動プロセスを大幅に高速化しています。クラウド機能の備わった、連係されたモジュラー型、拡張可能な可視化ソリューションが、風力タービンの運用を楽にします。
Solutions 4 Energy社は略してS4Eとして知られ、再生可能エネルギー産業、特に陸上および海上の風力発電分野で活動する、野心的で革新的なメーカーおよびコンサルタントです。「S4Eは、風力発電設備の導入と立ち上げをより効率的に行うため、ワイドミュラーと戦略的提携を結びました」と、Solutions 4 Energy社のマネージングディレクター、Thomas Schubert氏は語ります。この取り組みには、2つの使いやすいパネルを含む、自動化テクノロジーがすべて含まれます。トップボックスとボトムボックスそれぞれのパネルです。パネルはワイドミュラーで計画、組み立て、テストされ、使用準備が整った状態で納入されます。
「パートナーシップを結んでまず、私たちは協力して包括的な要件の目録を作成し、ワイドミュラーがそこにソリューションを組み込んだのです」と、Thomas Schubert氏は言います。
この要件目録は、当社がパートナーとソリューションを選択する基盤となりました。
「一緒に要件目録の作成に取り組んでいたとき、過去の数多くのプロジェクトで得た経験を組み込むことができました」と、ワイドミュラーの風力産業開発マネージャー、Marc Liebertは説明します。
ワイドミュラーのPCベースコントローラーをオープンで個別のソリューションとして
「2つのプロセッサーコアを搭載した堅牢で高性能なコントローラー、通信と視覚化タスク用のRTLinuxオペレーティングシステム、そしてリアルタイムのオペレーティングシステムとしてのeCosが、タービンの主要なコンポーネントです。この革新的なコントローラーでは、IEC 61131規格によって決定的なプロセス（極めて短く、厳格に定義されたサイクル時間）が判断されます。このコントローラーはIoTに対応しており、そのアーキテクチャのおかげで2つの「信頼ゾーン」の実装も可能になります。「このシステムは過酷な作業環境での使用に向けて厳しい寒さ、暑さ、そして振動に耐えられる堅牢で信頼性の高い設計になっています」とLiebertは続けます。
S4Eの要件の1つは、作成されるシミュレーションと規制モデルは、簡単にコントローラーに転送できることでした。Simulinkを、エンジニアリングツールや他のソリューションとして使用しました。これはマルチ・ドメイン・シミュレーション用の回路図環境です。このツールは、システムレベルの設計およびシミュレーションプロセスをサポートし、自動コード生成、そして継続的なシステムテストと検証を可能にします。SimulinkはMathWorksのMATLABプラットフォームに統合され、MATLABアルゴリズムをシミュレーションモデルに組み込み、分析し、さらに簡単に処理することができます。MATLAB/Simulink モデルは、ワイドミュラーのコントローラーに簡単に転送でき、そこからリアルタイムで実行できます。
「Solutions 4 Energyは、COPA-DATAのzenon SCADA システムを信頼しています。このシステムは、風力発電所の運用管理において拡張性の高い機能とパフォーマンスを備えています。また、このシステムは異なるメーカーのコントローラーの統合もサポートし、IEC 61850やIEC 61870など、必要な通信プロトコルをすべて備えています。データには、安全なVPN接続を介して遠隔でアクセスするか、または任意のクラウドソリューションを使用して遠隔でアクセスします。」とLiebert氏は説明します。次の例では、ワイドミュラーはMicrosoft Azure Cloudを使用しています。Microsoft Azure Cloudでは、zenon Runtimeがインストールされ、世界中ですべての設備を視覚化することができます。この点については、無料のクラウド選択であった、というのがシステム選択プロセス中の重要なポイントで、このため1つのメーカーに依存することはありません。
風力タービン(WT)自動化について、ワイドミュラーは機能モジュールを備えた特別な風力ライブラリを提供しています。このモジュールは、現代の風力タービン機能の約80%を網羅しています。提供モジュールには、システム機能、ピッチとナセル制御、タワー機能、条件監視、および幅広い物理機能を迅速かつ容易に実装するためのモジュールが含まれています。ユーザーは、これらのモジュールを好きなように組み合わせ、必要に応じて変更し、個々のハードウェアやタスクに個別に適合させることもできます。この点ではノウハウの保護が保証されます。
Solutions 4 Energy社は、初めてWind Libraryを使用したときでも、ライブラリのモジュールを使用して、約70%の機能を直接実装することができました。このライブラリは、Solutions 4 Energy社が手順に従って作成したものです。一方、残りのモジュールは、ワイドミュラーと緊密に連携して修正もしくは再プログラムされて実装されました。
「ワイドミュラーには、風力発電自動化ソリューション用の機能が豊富に揃ったアプリケーションルームがあります。この部屋では、プログラムされたすべての機能が、納入前に実際のモジュールで実際にテストされます。そのため、お客様は運転中も設備が故障なく動作する、と安心できます」とLiebertは説明します。
継続的な通信
新しいソリューションに求められる重要な要件の1つは、異なるプロバイダーのコンポーネントを簡単に接続できるように、オープンな通信を保証することでした。これには、例えばPROFINET を介して信頼性の高いデータ交換を行う安全コントローラが含まれます。I/Oシステムのu-remote の対応モジュールを介して、簡単に拡張機能を組み込むことができます。風速・風向指示器、振動センサやナセルやピッチシステムの位置を記録する絶対値エンコーダ等のフィールド装置を、この目的のために設けられているu-remoteモジュールに簡単に接続し、ワイドミュラーの制御システムに統合します。
ナセル内のパネルとタワーベースとは、スイッチを介して互いに接続されています。このタワーベースのスイッチは、メインコントローラにデータを提供するだけでなく、SCADAシステムも提供します。コンポーネント間の通信はすべてPROFINET とu-remote を介して行われますが、これはタワーベースにあるBenderの多機能計測器にも当てはまります。この計測器は、主な電気変数（電流、電圧、周波数、出力など）をすべて記録し、評価とアーカイブのためにSCADAシステムに転送します。3G/UMTSモデムを内蔵したルータは、風力タービンと制御室を接続します。
実装の成功例
「新しい自動化ソリューションをチームとして導入し、最初の共同プロジェクトに成功しました」と、Schubert氏とMr. Liebert氏が一緒に報告します。ソリューション4 Energy社は、そこで得たノウハウを正しく組み込み、プロジェクト計画プロセスの大部分にそれを直接適用することができました。ライブラリのコンセプトがこのプロセスをサポートし、制御や視覚化の機能を繰り返し使えるようにしました。新しいプロジェクトや他の用途では、単にライブラリモジュールをコピーするだけで、迅速かつ容易に実装できます。「今後、共同プロジェクトが増えることは確かです」と、Solutions 4 Energy社のマネージングディレクター、Thomas Schubert氏は言います。