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Mit Sicherheit Windstrom erzeugen

Text: Achim Albertini, TWK Elektronik
Weniger Ausfälle und mehr Sicherheitssensorik sind in Windkraftanlagen gefragt. Ein Sensorhersteller spezialisiert sich auf zertifizierte Geräte für diese Branche.

Auf der einen Seite soll die Verfügbarkeit einer Windkraftanlage hoch sein. Das bedeutet wenige Ausfälle der Anlage beziehungsweise der Sensorik und nur geringer Wartungsaufwand mit wenigen Reparaturen. Auf der anderen Seite werden Anlagen mehr und mehr mit Sicherheitssensorik ausgestattet. Richtlinien unterstreichen diese Entwicklung zusätzlich. Daher wird in Windkraftanlagen zunehmend mit zertifizierten Sicherheitskomponenten gearbeitet, wie dem SIL2-Zertifikat. TWK Elektronik bietet auch SIL2-zertifizierte Sensoren an, die den Anforderungen nachkommen.

Nockenschaltwerke

Das elektronische Nockenschaltwerk der CANopen-Modelle NOCN/S3 löst zum Beispiel ein mechanisches Nockenschaltwerk mit integriertem Drehgeber ab. Die elektronische Variante ist kompakter sowie einfacher zu bedienen und einzustellen. Die Schaltpunkte der Nocken sind Bit-genau. Eine Eigenschaft, die bei einem herkömmlichen Nockenschaltwerk nicht erreicht wird. Da bei vielen Applikationen die Nockenschalter bestimmten Sicherheitsanforderungen entsprechen müssen, war eine SIL2-Zertifizierung unumgänglich. Diese ist nun erfolgt und der Kunde erhält ein Gerät, das eine sichere Drehgeberposition und Geschwindigkeit per CANopen Safety übermittelt und zwei sichere Schaltkontakte integriert hat, um Endlagen zu erfassen. Die Relais-Kontakte sind galvanisch getrennt und können Gleich- wie Wechselspannung bis 60 Volt schalten. Außerdem sind sie für die Sicherheitskette geeignet.

Sie werden gebraucht, wenn die Gondel einer Windkraftanlage bei sich drehender Windrichtung entsprechend nachgefahren wird, damit der Rotor immer senkrecht zur Wind­richtung steht. Nur so wird die im Wind enthaltene Energie weitestgehend genutzt. Nun kann sich die Gondel aber nicht beliebig oft in eine Richtung drehen, da sich sonst die Leitungen verdrillen, die den erzeugten Strom ins Netz speisen. Also wird bei etwa drei Umdrehungen in dieselbe Richtung die Gondel durch das Nockenschaltwerk gestoppt und wieder auf Null zurückgedreht.

Sicherheit durch und durch

Um eine sichere Arbeitsweise zu gewährleisten, werden zusätzlich zur Auslegung von Hard- und Software die Schaltkontakte direkt über einen Controller abgefragt. Sollte der geforderte Schaltzustand nicht vorliegen, wird sofort eine Fehlermeldung generiert und an die Steuerung übermittelt. Diese kann entsprechend handeln, um Schaden zu vermeiden. Die Differenzierung in Sensor und Aktor in einem Gerät, mit jeweils eigenen Safety-Daten, lässt dem Anwender die Möglichkeit offen, auf den Drehgeber, auf die Schaltkontakte oder auf beides sein Hauptaugenmerk zu richten. Die Drehgeberdaten können auch über das CANopen-Standard-Profil ausgegeben werden.

Alle relevanten Parameter sind kundenseitig einstellbar, um das Gerät optimal einzurichten. Damit nicht versehentlich Werte geändert werden, muss jeder Eingriff mit einer Checksumme, die an das Nockenschaltwerk NOCN gesendet wird, verifiziert werden. Eingesetzt werden die Nockenschaltwerke seit langem in der Pitch- und Yaw-Steuerung. Sie sind auch mit SSI und analoger Schnittstelle erhältlich. Zusammen mit dem TWK-Messzahnrad ZRS lässt sich die Position sogar spielfrei ermitteln.

Drehgeber

Der aktuellste Drehgeber ist der Profisafe-über-Profi­net-Drehgeber TRT/S3. Dieser entstammt wie das NOCN ebenfalls der robusten Baureihe der magnetischen Zweikammergeräte. Diese Bauweise liefert Geräte mit einer Schutzklasse bis IP69K bei hoher Schock- und Vibrationsbelastbarkeit bis ­500 m/s². Alle Ethernet-Features, die einen benutzerfreundlichen Umgang ermögli­chen, sind implementiert. Mithilfe der Kennwertbibliothek nach VDMA 66413 werden alle Safety-Tools beim Anwender importiert und der Drehgeber ist leicht in das Gesamtsystem integrierbar. Es sind auch andere Schnittstellen lieferbar: CANopen (TRN) und CANopen safety, SSI mit zusätzlichen Inkrementalsignalen sowie die analoge Schnittstelle.

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