Temperaturüberwachung an Windkraftanlagen mit Funk-Datenlogger MSR385WD

Drahtloses Temperaturüberwachungssystem für Windkraftgetriebe auf der Basis von Profinet

Das Windturbinengetriebe ist eine essentielle mechanische Komponente in einer Windkraftanlage. Die Temperatur im Inneren des Getriebes kann den Betriebszustand des Getriebes widerspiegeln. In nachfolgendem Anwenderbericht wird von Hongke Technology Co., Ltd, MSR-Vertriebspartner in China, ein System vorgestellt, das die Temperatur im Inneren des Getriebes drahtlos erfasst und den Datenlogger MSR385WD in das Profinet-Netzwerk integriert, um eine Temperaturüberwachung und Fehlerwarnung in Echtzeit zu realisieren.

Autorin: Amy Mai, Head of Environmental Monitoring Business Unit, Hongke Technology Co., Ltd

Die Profinet-Netzwerktechnologie

Profinet ist ein offenes industrielles Ethernet-Kommunikationsprotokoll, das von der PROFIBUS & PROFINET International Association vorgeschlagen wurde. Profinet wendet TCP/IP sowie verwandte Standards der Informationstechnologie an und ist ein industrielles Echtzeit-Ethernet. Profinet zeichnet sich durch hohe Kompatibilität, schnelle Geschwindigkeit und hohe Echtzeit aus. Seine Kommunikationsrate beträgt bis zu 100 Mb/s. Die Buszykluszeit der allgemeinen Datenübertragung liegt bei Hunderten von Mikrosekunden oder weniger. Profinet spielt eine wichtige Rolle bei einer Vielzahl von Anwendungen in der Prozessindustrie, wie beispielsweise bei der Windkrafterzeugung, der Kesselsteuerung, der Ölförderung, dem Brandschutz und Gassystemen usw. Die Profinet-Technologie stellt eine neue Kommunikationslösung für den Bereich der industriellen Automatisierung dar, d.h. die gesamte Anlage wird mit einem Netzwerk verbunden.

Funktion eines Windkraftgetriebes

Das Getriebe ist ein wichtiges mechanisches Bauteil, das in Windkraftanlagen häufig eingesetzt wird. Seine Hauptfunktion besteht darin, die vom Windrad unter der Einwirkung des Windes erzeugte Energie auf den Generator zu übertragen und ihm die entsprechende Drehzahl zu verleihen. Unzureichende Getriebeöleinspritzung, hohe Öltemperatur, Lagerschäden, Reibung oder zu fest angezogene Dichtungen führen zu einer hohen Innentemperatur des Getriebes. Die Erfassung und Überwachung der Temperatur im Inneren des Getriebes in Echtzeit kann helfen, Probleme zu erkennen und rechtzeitig zu beheben, um weitere Schäden am Getriebe zu vermeiden. Da das interne Getriebe sowohl rotiert als auch umläuft, ist die drahtlose Übertragung von Temperaturdaten zweifellos die beste Wahl.

Ideal für Fernüberwachungen MSR385WD-Messsystem mit Datenlogger und Sendemodulen

Der MSR385WD Funk-Datenlogger kommuniziert mit dem drahtlosen Temperatur-Sendemodul MSR385SM über den 868 MHz/915 MHz-Bandmodus, nimmt die Messdaten entgegen und speichert sie. Der Datenlogger kann mit 10 Sendern gleichzeitig kommunizieren, um die Temperatur von mehreren Punkten mit einer Speicherkapazität von bis zu 1 Million Messwerten zu erfassen und zu speichern; er eignet sich daher ideal für Langzeit-Temperaturaufzeichnungen. Ein Flash-Speicher sorgt für Datensicherheit bei Stromausfall. Die Spannungsversorgung des Datenloggers erfolgt über den USB-Anschluss; ein autonomer Betrieb ist mit dem integrierten Li-Po-Akku mit 2400 mAh für die Dauer von bis zu zwei Tagen möglich. Der MSR385WD verfügt über eine erweiterte Modbus-RTU-Schnittstelle, die es ermöglicht, den Datenlogger über ein Gateway an das Profinet-Netzwerk anzuschliessen, um eine Online-Temperaturüberwachung in Echtzeit zu ermöglichen.

Das MSR385SM Sendmodul ist mit einem Temperatursensor (-20…+125 °C) bestückt, verfügt mit IP67 über eine der höchsten Schutzarten gegen Wasser und Staub und hat eine maximale Temperaturbeständigkeit von 125 °C. Durch seine Robustheit eignet sich das Sendemodul ideal für die komplexe und raue Arbeitsumgebung im Inneren des Windkraftgetriebes. Durch seine äusserst kompakte Grösse (35 x 25 x 55 mm) und das geringes Gewicht (40 g) kann es selbst an den schwer zugänglichen Stellen des Getriebes befestigt werden.

Architektur des Systems zur Erfassung der Getriebetemperatur

Das in das Windkraftgetriebe eingebaute MSR385SM-Sendemodul erfasst die Temperaturänderung und sendet das Temperatursignal regelmässig an den MSR385WD-Datenlogger. Der Logger stellt über die Modbus-RTU-Schnittstelle eine Verbindung zum Gateway-Gerät her. Der periphere Profinet-Master verwendet das Modbus-Kommunikationsprotokoll, um den Temperaturwert des Loggers per Kabel und aus der Ferne durch Zugriff auf die Registeradresse zu erhalten. Die Temperaturdaten werden im oberen Computer angezeigt. Wenn die Temperatur den eingestellten Wert überschreitet, kann bei Bedarf ein Alarm eingestellt werden.

①MSR385SM Sendemodul: Wird in das Getriebe eingebaut. Der hochpräzise Temperatursensor erfasst die Temperaturveränderung der wichtigsten Teile im Getriebe und überträgt die Messdaten regelmässig über das 868MHz/915MHz-Funkband.

②MSR385WD Datenlogger: Wird ausserhalb des Getriebes installiert, empfängt die Temperaturdaten des Sendemoduls, sammelt sie, speichert sie und kommuniziert mit dem Kommunikationsmodul über die Modbus RTU-Schnittstelle.

③Profinet-zu-RS485-Gateway-Gerät: Es ist mit der Modbus-RTU-Schnittstelle des  MSR385WD Datenloggers verbunden und verwendet das Gateway-Konvertierungsprotokoll, um die auf der unteren Ebene gesammelten Modbus-Daten in Profinet-Daten umzuwandeln, die als Slave-Station an das Profinet-Netzwerk angeschlossen sind.

④Profinet-Master-Station: Eine Steuerung, z.B. eine SPS, fungiert als Master-Station.

⑤HMI, SCADA: HMI, SCADA: Anzeige der Temperatur oder anderer Parameterdaten*.

*Es kann mit einem Öldrucksensor und einem Ultraschallsensor erweitert werden, um ein umfassenderes System zur Inspektion und Wartung von Getrieben zu erhalten.

Schlussfolgerung

Profinet, eine neue Generation der industriellen Ethernet-Technologie, verfügt über eine starke Anti-Interferenz-Fähigkeit und eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit, die das Problem der Echtzeit-Datenübertragung und der stabilen Übertragung löst. Das auf dem Profinet-Netzwerk basierende Temperaturerfassungssystem für Windturbinengetriebe integriert wichtige Temperaturdaten innerhalb des Getriebes in den übergeordneten Computer und visualisiert sie, um ein rechtzeitiges Verständnis des Betriebszustands des Getriebes zu ermöglichen, eine Frühwarnung auszugeben, Arbeitskosten zu sparen und grössere Verluste durch eine weitere Verschlechterung des Fehlers zu vermeiden. Durch die spätere Datenanalyse können Wartungsempfehlungen ausgesprochen werden, um die Lebensdauer des Getriebes zu verlängern. Darüber hinaus bietet das System die folgenden Vorteile:

Modularer Aufbau: Getriebe, Temperaturerfassungsgerät (Sendemodul MSR385SM) und -Aufzeichnungs-/Speichergerät (Datenlogger MSR385WD), Gateway-Gerät (Slave-Station), Master-Station sowie übergeordnete Computersoftware sind unabhängig voneinander und können je nach den tatsächlichen Gegebenheiten ausgetauscht werden.

Einfache Verdrahtung: Das Front-End des Systems wird einfach per Funkübertragung verdrahtet. Profinet, die neue Generation der industriellen Ethernet-Technologie, verbindet die Geräte direkt über das Netzwerkkabel, was den Verdrahtungsprozess vereinfacht und die Verdrahtungs- und Arbeitskosten reduziert.

Hoher Automatisierungsgrad und niedrige Wartungskosten: Das System liest die Temperaturdaten automatisch aus, stellt Bedingungen für die Fehlervorhersage ein und löst bei Bedarf Alarme aus. Der im Getriebe eingebaute kabellose Temperatursender ist batteriebetrieben und hat eine Batterielebensdauer von bis zu 10 Jahren, wodurch Wartungszeit, Kosten und Ausfallzeiten reduziert werden.

Hohe Kompatibilität: Durch die Integration der Temperaturdaten des Getriebes in das Profinet-Netzwerk wird die Aufwärtskompatibilität des Systems erhöht, die Datenverwaltung und -analyse erleichtert und eine genaue technische Wartung ermöglicht.