北京海润科特自动化技术有限公司总经理杨明：先进传感器助力风电提质增效

 

　　杨明：尊敬的施教授，尊敬的各位风电行业同仁大家下午好，我是海润科特的杨明，今天给大家分享一些传感器的信息。这个我们都非常熟悉了，就是我们人的大脑、五官。人类如何拥有了今天的智慧，是由于感官的帮助，人通过感官来获取信息，信息转换成经验，在经验的支持下产生智慧，了解环境及其变化是基础，如果对环境不了解也就很难做出正确的反应，其中视觉是最重要的感觉，80%以上的信息来自视觉。传感器是人体感官外化和体外进化的产物。

 

　　传感器简单可以分成两大类，一是传统传感器，它的最主要特征就是物理参数的测量无智化扁平结构，计算机技术使传感器技术产生了巨大的变革微处理器和检测技术相结合使传感器具有人工智能的特性。

 

　　这里面我想介绍一下微机电系统，MEMS的发展使万物感知，万物互联成为可能，是物联网发展的主要驱动力。由于电脑的加入，智能传感器可以通过软件进行数据处理和逻辑判断，从而增加了传感器的功能，提升了传感器的性能，利用软件实现硬件难以实现的功能。

 

　　这个就是传感器的数据到智能化的一个金字塔，最底层是海量的数据。当我们有意识的处理数据的时候便将数据智能化了，这样的数据就变成了信息，层层向上信息变成知识，知识变成智慧，这个就是我们所说的数据分析。

 

　　这个是我国目前最先进的现役歼20，引用这几幅图片就是源于飞机和风机的相似之处都是面对复杂的气象环境，机翼和叶片都是利用空气电力学做工，这里面他提高歼20的信息化程度特别高，各种先进传感器造成了信息融合的程度，从中也足以证明传感器的价值良好的客户体验。

 

　　传感技术、通信技术、计算机技术是现代信息技术的三大基础。传感器是信息采集系统的首要部件，且置于信息系统的最前端，相当于人体的感官，是智能化风机的关键零部件。我们其实每天接触最多的一个智能设备应该是手机，这个手机的屏幕下面就有很多传感器，从早期的应该是几个传感器到现在最多的应该有十几个传感器，智能手机之所以聪明也是因为有传感器的帮助，包括我们的自动转屏，计步功能，光线调节都是传感器的功能，传感器见证了智能手机的进化演变。对于风电来说传感器可以提高可靠性，减少经济损失，保障机组安全运行，优化控制策略，提升发电量，促进风机智能化水平升级。

 

　　接下来我分成更可靠、更安全、更智能这三个部分分别介绍三个产品。

 

　　这个是变桨电机端的，这一款是专门为变桨电机量身定制的编码器，它有以下几个特点，就是它没有码盘，没有齿轮，没有电池，不依赖与易失效的元器件的产品，它利用韦根效应记录多圈。这个是它的一些主要的优势，它有一个比较宽的工作温度范围，可以在恶劣的环境下工作，在高温、高湿、冲击和振动、油污、灰尘较大的场合，比光电编码器更适合。结构简单、高度集成化、没有易失效的元器件、抗强磁场、高可靠性，总体上，磁性编码器代替光电编码器的趋势被广泛认同。

 

　　接下来这一款是冗余编码器，这里面最主要的特点就是它内部有一个双轴承，而且机械部分和电子部分是隔离的，无需外部的轴承法兰，降低客户成本。这个是一个比较传统的应用，就是一个光电编码器，银色的部分就是轴承适配器，这样组合完之后可以承受更强的冲击。这个是我们推荐的采用TWK编码器的解决方案，就是内置的，可以看到这个也很紧凑。

 

　　这一款也是基于磁原理的发电机编码器，它这里面有一个比较大的特点就是它从1-8192之间任意脉冲数，因选用优质的材料，免受外部磁场干扰。可以选择荣誉及设计、双输出、自诊断功能，轴承可以承受2.8kV的绝缘电压，轴向和径向400N高负载能力，性能等于d。

 

　　接下来介绍两款产品是有助于风机的安全性，这个是数字式机舱浏览传感器，它的主要功能是接触电缆缠绕，安全链保护和扇区管理，是风场的协同控制，提高整场发电量，扇区管理技术可减少某个风向上特殊风况对风机的危害，降低风机的振动，确保风机安全运行。

 

　　这里面就是介绍一个新的原理就是巨磁阻效应，它是一个集磁性薄膜，半导体集成及纳米技术为一体的高新技术产品，应用非常广大，其技术结构套用一个输血共识。它的优点就是可靠性高、体积小、精度更高、抗噪声能力更强，能工作于恶劣环境等优点。这些都是光电传感器所不能相比的，主要编码器生产厂家，新产品的研发都投入到磁感应原理上来看，也间接印证了一点。因为编码器作为敏感元件来说主要就是玻璃码盘还有巨磁阻效应，然后它可以有多达4个的可编程安全凸轮，绝对值编码器SIL2等级和多种借口，4个安全开关设计为分别与2个串联继电器连接，非常安全。这个产品在现在应该是在国内外有十余个整机厂家安装，累计数量超过3万台，而且在国内现在也有大批量的使用，反馈非常好，可以说故障率基本没有。

 

　　这一款是振动监测仪，振动传感器，这个就是采用无磨损传感系统，采用MEMS技术，两套冗余安全继电器，2路模拟量输出，我想重点介绍它的相位触发功能。这个功能适用的范围是低频晃动，约0.2-1.0Hz，保证风机总是在最大的时候停机，对冲击磨损降到最小，风机在特定相位关断是至关重要或有必要的，当塔筒晃动，振幅加大，需要停机。对于一些冲击它也是选用迅速关断。这个是延迟关断的相位触发的一个图。

 

　　安全链都是受到软件持续控制的，通过微处理器控制的，包括紧急关断。功能安全产品在风电据我知道应该说应用不是很多，但是功能安全产品在核电、火电包括轨道交通这些实际上有些是作为强制性要求的，比如招标的时候可能要求必须是功能安全的仪表传感器，判断这个最主要的优势就是说它是两套传感系统，所以数值更可靠，两套数据持续比较，如果有一些偏差过大的话它可以报错，而且是更全面的软件算法来计算各种输出值其他功能，就是软件对设备持续控制，如果检测到错误的话安全量会关断，包括把信号发送给主控系统。

 

　　这也是一个结构图，就是说之前我觉得大家经常把很多功能都放到PRC里头，包括我提到的前面编码器也是，因为旋变是模拟输出而且只是一个单圈的编码器，所以多圈的位置计量，包括速度测量都是通过软件来计算出来的，这个其实不是特别符合发展的方向，因为设备端应该最好是采用直接的，这样也是更安全，更可靠的，这个就是两种方案的一个比较，一个是用外部的设备传感器把这些所有的处理放在PLC里头，还采用一个功能安全的设备跟PLC进行通讯就可以了。这个是功能安全产品结构框图，两套传感器芯片都经过微处理器，在微处理器里面包括各种软件的算法，这个很重要的一点也是一种发展趋势，就是设备端自决断，通过软件可以做各种决定。

 

　　这是跟安全有关的一些标准参数，包括它对电源，对存储循环时间的检查，包括符合的一些标准，IEC61508标准，62061标准，13849标准，这款产品其中也给出了一个很重要的参数，对风电来说有很重要的价值，就是最大可持续工作时间20年。

 

　　这个就是大家可以看一下功能安全的一些参数，包括平均故障时间、共因失效、诊断覆盖率、性能等级等等。这里面简而言之，最大的优势，功能安全产品对于客户对于业主最大的有适合价值就是认证产品无论在正常情况或者有故障的情况下，安全功能都能够保证正确实施，不会对人员、设备还有财产造成损害。这个怎么理解？就是说因为任何产品都有可能会失效或损害，但是功能认证的安全产品即使在产品损害的时候也会做出安全动作，就是保护需要执行的设备不受到损害。因为今年IEC标准里面也提出了6140-1这个标准就适应发展要做出调整。

 

　　为什么说这个认证也是象征着安全和保障呢？大家可以看一下要取得功能安全产品认证的话需要的一个过程，这个从一个新的产品的印象开始就要和第三方认证公司和TUV进行沟通，包括安全参数的计算，这些还需要被认证公司所校验，认证公司还要做硬件的检查，软件的检查，同时要到工厂进行校验，最后才能够颁发证书。就这么一个小小的产品认证周期两年甚至更多，所以说还是很难拿到的。

 

　　我们引入了两个证书，因为我们在这个行业里做了超过十年，经常在振动传感器这块碰到最大的困扰就是客户比较认出身，因为之前有一款可能市面上用的比较多的产品是老的GL认证，姑且不说这个效力还有没有，但是客户经常拿来做比较，我出这两个证书就是说他们是等效的，而且这些也是国际通行证，采用认证的产品在认证费用和认证时间上，都会为客户节省费用和时间。

 

　　这个也是功能安全产品在国内外的一些应用，接下来是一款风机上用的比较多的或者说必须都用的产品，就是气象站，如果是基于原有的一些产品需要单独的风速机，比如说风向标，包括气压计，或者温湿度传感器，我们现在采用一个产品就可以完成上述右图所有产品的功能。这个产品可以测量空气的温度、相对湿度和大气压力，并且在上述参数基础上计算出来空气温度和露点温度，为风电行业提供所需的全方位的气象数据。因为马云也讲过现在我们已经真正进入到数据时代，数据是最重要的生产资料，而且对数据的要求也是越来越高了，通过数据分析和数据积累，将数据转化为生产力，为客户创造更高价值，而且这个安装也非常简单，成本也很低，要是原来那些产品的话需要很多安装位置，很多接线，而且原有那些产品也不适用于安装环境。

 

　　这个产品最大的测量范围可以到100米每秒，自诊断功能，而且很重要的一点这个超声波测风仪免维护，采样频率根据环境变化进行自调整，这个就是刚才介绍的它内部的微逆变系统，外科是采用的完全抗腐蚀的材料，最大降雨量是300毫米每小时，从业主也好，包括整机厂也好，怎么判别这个到底好不好，就是结构从复杂到简单，向一体化功能从单一到多种、向数字化、智能化、网络化发展。

 

　　这个是它的监控界面，大家可以看风速、风向，包括气象数据，包括它的内部状态都可以通过这个界面清楚的了解到。因为现在都提智能化，我觉得传感器就是助力风机智能化的非常关键，就是从自动化向智能化跨越，感知环境的变化并且根据变化进行自助调整的自动化就是智能化。随着风电的发展，原来忽略的问题逐渐被重视，例如湿气、结冰等，在实际运行过程中影响到安全。优化控制策略，提升发电量。另外现在行业里面已经有的采用前馈控制网，已经引入激光雷达，我想因为风的变化尤其是固定机位点应该内在都有联系，基于风向、风速包括气象各因子的数据的累计计算，包括分析我觉得是不是也为行业提供另一种解决方案，因为毕竟激光雷达还是很贵的，而且不是哪个公司都能够批量的得到这个产品。

 

　　空气密度我再简单说一下，空气密度大家可能做的平均值或者依据海拔高度，但是空气密度有日的变化，比如以低纬度地区更明显，在沿海日渐这边，日波动有300-400Pa，而且同时它受湿度影响，越高的时候越大，30度最大可以达到4%。

 

　　因为时间关系这一块就快一点吧，而且这个是今年8月份又重新做的依据IEC61400-12-1的标准做的一个标准。

 

　　测风仪非常重要，而且对整机发电量和度电成本有很重要的影响，我认为测风仪应该符合61400-12-1的标准是很重要的。这个最大风速测试到90多米。

 

　　最后总结一下，应该增加传感器的数量提高传感器的性能，提高控制系统的感知能力，这个是智能的前提条件和必要条件，而且也应该是公认的，网络化智能传感器是一个趋势，传感器作为风机除人工设置参数以外的唯一输入，其重要性不言而喻，传感器感知外界环境的能力，决定了风机信息输入的准确性和丰富性，对于传感器应用的创新，往往也是智能风机创新的基础。我的分享就到这里，谢谢大家！