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　　1 新一代轉子葉片試驗臺

　　隨著風機容量增大，搭載的葉片長度也隨之增長，新 一代風力發電機將配備長達100米的巨型轉子葉片，而這 些葉片對于丹麥奧爾堡的 Blaest公司的現有試驗臺來說 實在太大了。公司為此建造了新的測試中心，完全重新設 計了其控制和測試裝備：EtherCAT P和一個定制的測量 放大器箱現在取代了數百根線纜，并通過靠近測量點的數 字化測量設備提高精度。通過配備基于PC的控制技術， Blaest現在已經為未來的成功發展做好充分準備。

　　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，一排排白色的風機高高聳立，巨大的槳葉 緩緩轉動。公司成立于 2005年，其前身是丹麥可持續能 源國家實驗室，實驗室從上世紀80年代開始就一直致力于 風機轉子葉片的測試。當時，實驗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字 化，機電自動加載系統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行葉片疲勞試驗，以幫助各 風機制造商的風機樣機獲得認證。”Blaest 測試工程師 Nicolai Vangsgaard 解釋道。風機葉片的設計使用壽命 通常約為20 到30年，Blaest專家會對每個葉片的各項性 能進行檢測，以驗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計載荷方式驗證葉片的 疲勞性能，因此要盡可能廣泛地采用數字化手段和盡可能 高的精度完成所有測試步驟。”Nicolai Vangsgaard說 道。因此，Blaest公司現在選用了倍福基于PC的控制和 測量技術。畢竟，測量速度越快，精度越高，數據采集以 及后續數據分析結果就越精確。

　　2 更長的轉子葉片要求更快的數據采集速度

　　2018年，公司決定擴建其位于奧爾堡基地的檢測中 心，新建一棟更大的試驗廳，并升級更新之前使用的控制 系統。系統負責控制與數百個沿著巨大的轉子葉片運行的 數據采集箱之間的通信，并采集傳感器中的測量信號。在 傳統的測試方法中，每個測量點都需要一根單獨的線纜， 這樣不僅會產生巨額成本，而且用來連接葉片以及控制系 統的線纜會太多，容易纏到一起。

　　“我們的主要目標是擁有一個更加靈活、通道數量 可以隨著風機葉片長度增加和性能的增強而隨時擴展的系 統。”測試工程師解釋道。這是因為下一代的風機葉片長 度將達到100米，而不是現在常見的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據。更重要的 是，在采集數據時，應盡可能靠近每個測量點，避免像以 前那樣使用需要不斷維護和更換的數英里長的電纜。由于

　　數百個應變片用于測量牽引工位(在背景)啟動的 100 米長的轉子葉片工 作時產生的力和振動

　　典型的測量裝置，在一個基礎載體上有多個稱重傳感器放大器。在這里， 轉子部分的應變片集中在一處，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定制的軟件，因 此需要有一個既開放又適應性又很強的自動化系統。

　　3 根據用戶具體需求定制開發

　　為了最大限度地降低布線的復雜性，倍福花費了六 個月時間開發了一款分布式多通道 EtherCAT P端子盒， 用于評估測量電橋， 以采集轉子葉片上應變式傳感器發 出的信號。此款I/O 端子盒是ELM3504 EtherCAT端子 模塊的衍生產品， 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 10 ksps。參數可以通過 EtherCAT使用CoE目錄設置。端子盒配備了 IP20 電阻 橋接口， 適用于在環境受保護的前提下靠近測量點的應 用場景。“按照客戶需求定制開發的EtherCAT P端子盒 EPP3504 -0023目前已成為我們EtherCAT P產品系列中 不可缺少的部分。”倍福丹麥分公司銷售工程師J?rgen Berg補充道。

　　EtherCAT P端子盒將靠近測量點的模擬量傳感器的 信號轉換為數字量測量值，這在很大程度上降低了電纜干 擾和模擬信號失真的風險。任何一名檢測工程師都可以 肯定的是： “線纜越短， 測量結果就越準確。”此外， EtherCAT P既可傳輸EtherCAT信號，又能夠供電，減少 了需使用的線纜數量。“這個方案之所以能成功，是因為 EtherCAT能夠處理大型網絡，同時還能實現極低的實時 更新時間。”J?rgen Berg補充道。在一次風機測試期間平均可以記錄9500億個測量值，相當于總共7兆字節的數據。500個稱重傳感器的測量值每隔4毫秒就會流入一個數據庫。

　　舊的 測量系 統需要 為每臺 測試裝置 鋪設超 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展。Nicolai Vangsgaard 認為，僅從減少的安裝工作量來算，每個 測試結構就能節省 30,000 丹麥克朗(約4000歐元或美 元)。“倍福的控制系統不僅滿足了我們在數字化和智能 數據采集方面的需求，而且在價格、可用性以及技術支持 方面都具有明顯優勢，提升了我們的競爭力。”Nicolai Vangsgaard說道。

　　“Blaest實際上運營著世界上最大的EtherCAT熱連 接系統。”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Nicolai Vangsgaard的說法，“事實上，一切都已經預先配置好 了，因此可以輕松修改這些配置。”Blaest的控制柜內 目前只需安裝一臺工業 PC、一個 EtherCAT P接口和一 個安全模塊。“總體來說，它的速度更快，適應性更強， 同時成本也更低， 測量更精確。另一大優點是， 系統具 有良好的開放性， 即我們的測試中心對所有風機制造商 開放，因此可以根據幾乎任何需求進行調整。”Nicolai Vangsgaard 強調道。

　　據 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、靈活地適應個性化的應用需求。”