Sollen beim Datenaustausch große Entfernungen störungsfrei überbrückt werden, bietet sich eine optische Umsetzung der Kommunikation als zuverlässige Lösung an. Zur Weiterleitung von hochfrequenten Messdaten via Ethernet eignen sich entsprechende Protokolle mit kurzen Zykluszeiten. Hier ist es jedoch wichtig, dass die Verzugszeiten bei der Umsetzung von Kupferkabeln auf Lichtwellenleiter (LWL) gering sind. Vor diesem Hintergrund empfehlen sich Medienkonverter für Windenergieanlagen (WEA), die nur die Hälfte der Latenzzeit von Standardgeräten benötigen.
Ausführliche Leistungs- und Belastungsmessungen
Das international agierende Unternehmen Senvion entwickelt und produziert Windenergieanlagen und vertreibt sie über die ganze Welt. Überall dort, wo die Anlagen systemische Lösungen zur Regelung nutzen, darf in puncto Sicherheit und Zuverlässigkeit nichts dem Zufall überlassen werden. Denn bei den teilweise ausgesprochen harten Betriebsbedingungen sind auch die Anforderungen an die Mechanik und Elektronik entsprechend hoch. Deshalb führt Senvion bei der Inbetriebnahme neuer Anlagentypen ausführliche Leistungs- und Belastungsmessungen durch. Sie bilden die Basis für die Festlegung und Bestätigung von Leistungskurven und Kennlinien. Insbesondere bei Prototypen muss sichergestellt sein, dass deren Standfestigkeit den Anforderungen entspricht. In neuen Windparks errichtet der Anlagenbauer daher temporär einen Messmast, der die gleiche Höhe wie die WEA aufweist (Bild 1). Der Messmast liefert dann alle meteorologischen Daten wie Temperatur, Luftfeuchte und -druck sowie Windgeschwindigkeit und -richtung. In den Anlagen ermitteln DMS-Messstreifen die mechanischen Belastungsgrößen. Zusammen mit den Anlagendaten wie Drehzahl und Pitch-Winkel werden die Informationen in der WEA gesammelt und anschließend extern ausgewertet.
Latenzzeit halbiert
Torsionsmessungen erfolgen u.a. an der sogenannten schnellen Welle im Triebstrang. Das CAN-Netzwerk, das sämtliche Messempfänger an die Basisstation ankoppelt, wird durch die hochfrequente Abtastrate allerdings zu sehr ausgelastet. Für diesen Kommunikationsknoten bietet sich das Echtzeit-Ethernet-Protokoll Ethercat an. Die Verbindungsleitung von der Gondel zum Messrechner im Fuß des Turms erstreckt sich jedoch über mehr als die maximale Ethernet-Übertragungslänge von 100m. Deswegen wird hier auf die Vorteile des optischen Datenaustausches via LWL-Technik zurückgegriffen. Neben der höheren Reichweite kommen auch die Vorteile der galvanischen Trennung sowie des Schutzes gegen Überspannungen durch Blitzeinschlag zum Tragen. Die in den Applikationen verbauten Medienkonverter FL MC 2000T von Phoenix Contact sind auf den Einsatz zeitkritischer Protokolle wie Ethercat, Powerlink, Profinet oder Sercos 3 ausgelegt (Bild 2). Standard-Medienkonverter und Switches mit LWL-Ports setzen die Telegrammpakete im Store&Forward-Verfahren um. Die Übertragungsverzögerung hängt dabei von der Frame-Größe ab und ist deshalb für Echtzeitanwendungen zu hoch. Alle Geräte der Produktfamilie FL MC 2000T werten die Pakete hingegen im Cut-Through-Verfahren aus, bei dem nicht das komplette Datenpaket analysiert wird, sondern nur der Teil, der die Zieladresse beinhaltet. Daher ist die Latenzzeit immer gleich groß und mit 0,7µs lediglich halb so lang wie bei Standardgeräten.
Keine Reichweitenreduzierung
Die meteorologischen Messpunkte am externen Messmast sowie die Belastungsmesspunkte im Turm und in der Gondel sind über CAN vernetzt (Bild 3). Wegen der großen zu überwindenden Distanz zu den einzelnen CAN-Knoten bedient sich Senvion hier ebenfalls der Vorteile der optischen Umsetzung. Die installierten LWL-Konverter PSI-MOS-DNET von Phoenix Contact umfassen eine besondere Funktion, die per DIP-Schalter aktivierbar ist. Im Extended-Mode lässt sich nun erstmals die maximale Übertragungsreichweite ohne Reduzierung der Datenrate im Kupfersegment nutzen. Die integrierte optische Diagnose liefert sowohl bei der Inbetriebnahme als auch im laufenden Betrieb permanent Informationen über die Signalqualität der LWL-Strecke. Das Diagnoseergebnis wird dann für jeden Kanal durch einen vierstufigen Bargrafen visualisiert. Somit bleibt dem Anwender das aufwändige Einmessen mit speziellem Equipment erspart. Sollte die optische Signalqualität nachlassen, setzt ein Schaltkontakt beim Erreichen der Sicherheitsreserve eine Warnung ab. Eine solche präventive Meldung ermöglicht vorbeugende Wartungsmaßnahmen und verhindert Kosten, die sich aus einem Ausfall der Anlage ergeben.
