北京海潤科特自動化技術有限公司總經理楊明先生

 

　　楊明：尊敬的施教授，尊敬的各位風電行業同仁大家下午好，我是海潤科特的楊明，今天給大家分享一些傳感器的信息。這個我們都非常熟悉了，就是我們人的大腦、五官。人類如何擁有了今天的智慧，是由于感官的幫助，人通過感官來獲取信息，信息轉換成經驗，在經驗的支持下產生智慧，了解環境及其變化是基礎，如果對環境不了解也就很難做出正確的反應，其中視覺是最重要的感覺，80%以上的信息來自視覺。傳感器是人體感官外化和體外進化的產物。

 

　　傳感器簡單可以分成兩大類，一是傳統傳感器，它的最主要特征就是物理參數的測量無智化扁平結構，計算機技術使傳感器技術產生了巨大的變革微處理器和檢測技術相結合使傳感器具有人工智能的特性。

 

　　這里面我想介紹一下微機電系統，MEMS的發展使萬物感知，萬物互聯成為可能，是物聯網發展的主要驅動力。由于電腦的加入，智能傳感器可以通過軟件進行數據處理和邏輯判斷，從而增加了傳感器的功能，提升了傳感器的性能，利用軟件實現硬件難以實現的功能。

 

　　這個就是傳感器的數據到智能化的一個金字塔，最底層是海量的數據。當我們有意識的處理數據的時候便將數據智能化了，這樣的數據就變成了信息，層層向上信息變成知識，知識變成智慧，這個就是我們所說的數據分析。

 

　　這個是我國目前最先進的現役殲20，引用這幾幅圖片就是源于飛機和風機的相似之處都是面對復雜的氣象環境，機翼和葉片都是利用空氣電力學做工，這里面他提高殲20的信息化程度特別高，各種先進傳感器造成了信息融合的程度，從中也足以證明傳感器的價值良好的客戶體驗。

 

　　傳感技術、通信技術、計算機技術是現代信息技術的三大基礎。傳感器是信息采集系統的首要部件，且置于信息系統的最前端，相當于人體的感官，是智能化風機的關鍵零部件。我們其實每天接觸最多的一個智能設備應該是手機，這個手機的屏幕下面就有很多傳感器，從早期的應該是幾個傳感器到現在最多的應該有十幾個傳感器，智能手機之所以聰明也是因為有傳感器的幫助，包括我們的自動轉屏，計步功能，光線調節都是傳感器的功能，傳感器見證了智能手機的進化演變。對于風電來說傳感器可以提高可靠性，減少經濟損失，保障機組安全運行，優化控制策略，提升發電量，促進風機智能化水平升級。

 

　　接下來我分成更可靠、更安全、更智能這三個部分分別介紹三個產品。

 

　　這個是變槳電機端的，這一款是專門為變槳電機量身定制的編碼器，它有以下幾個特點，就是它沒有碼盤，沒有齒輪，沒有電池，不依賴與易失效的元器件的產品，它利用韋根效應記錄多圈。這個是它的一些主要的優勢，它有一個比較寬的工作溫度范圍，可以在惡劣的環境下工作，在高溫、高濕、沖擊和振動、油污、灰塵較大的場合，比光電編碼器更適合。結構簡單、高度集成化、沒有易失效的元器件、抗強磁場、高可靠性，總體上，磁性編碼器代替光電編碼器的趨勢被廣泛認同。

 

　　接下來這一款是冗余編碼器，這里面最主要的特點就是它內部有一個雙軸承，而且機械部分和電子部分是隔離的，無需外部的軸承法蘭，降低客戶成本。這個是一個比較傳統的應用，就是一個光電編碼器，銀色的部分就是軸承適配器，這樣組合完之后可以承受更強的沖擊。這個是我們推薦的采用TWK編碼器的解決方案，就是內置的，可以看到這個也很緊湊。

 

　　這一款也是基于磁原理的發電機編碼器，它這里面有一個比較大的特點就是它從1-8192之間任意脈沖數，因選用優質的材料，免受外部磁場干擾。可以選擇榮譽及設計、雙輸出、自診斷功能，軸承可以承受2.8kV的絕緣電壓，軸向和徑向400N高負載能力，性能等于d。

 

　　接下來介紹兩款產品是有助于風機的安全性，這個是數字式機艙瀏覽傳感器，它的主要功能是接觸電纜纏繞，安全鏈保護和扇區管理，是風場的協同控制，提高整場發電量，扇區管理技術可減少某個風向上特殊風況對風機的危害，降低風機的振動，確保風機安全運行。

 

　　這里面就是介紹一個新的原理就是巨磁阻效應，它是一個集磁性薄膜，半導體集成及納米技術為一體的高新技術產品，應用非常廣大，其技術結構套用一個輸血共識。它的優點就是可靠性高、體積小、精度更高、抗噪聲能力更強，能工作于惡劣環境等優點。這些都是光電傳感器所不能相比的，主要編碼器生產廠家，新產品的研發都投入到磁感應原理上來看，也間接印證了一點。因為編碼器作為敏感元件來說主要就是玻璃碼盤還有巨磁阻效應，然后它可以有多達4個的可編程安全凸輪，絕對值編碼器SIL2等級和多種借口，4個安全開關設計為分別與2個串聯繼電器連接，非常安全。這個產品在現在應該是在國內外有十余個整機廠家安裝，累計數量超過3萬臺，而且在國內現在也有大批量的使用，反饋非常好，可以說故障率基本沒有。

 

　　這一款是振動監測儀，振動傳感器，這個就是采用無磨損傳感系統，采用MEMS技術，兩套冗余安全繼電器，2路模擬量輸出，我想重點介紹它的相位觸發功能。這個功能適用的范圍是低頻晃動，約0.2-1.0Hz，保證風機總是在最大的時候停機，對沖擊磨損降到最小，風機在特定相位關斷是至關重要或有必要的，當塔筒晃動，振幅加大，需要停機。對于一些沖擊它也是選用迅速關斷。這個是延遲關斷的相位觸發的一個圖。

 

　　安全鏈都是受到軟件持續控制的，通過微處理器控制的，包括緊急關斷。功能安全產品在風電據我知道應該說應用不是很多，但是功能安全產品在核電、火電包括軌道交通這些實際上有些是作為強制性要求的，比如招標的時候可能要求必須是功能安全的儀表傳感器，判斷這個最主要的優勢就是說它是兩套傳感系統，所以數值更可靠，兩套數據持續比較，如果有一些偏差過大的話它可以報錯，而且是更全面的軟件算法來計算各種輸出值其他功能，就是軟件對設備持續控制，如果檢測到錯誤的話安全量會關斷，包括把信號發送給主控系統。

 

　　這也是一個結構圖，就是說之前我覺得大家經常把很多功能都放到PRC里頭，包括我提到的前面編碼器也是，因為旋變是模擬輸出而且只是一個單圈的編碼器，所以多圈的位置計量，包括速度測量都是通過軟件來計算出來的，這個其實不是特別符合發展的方向，因為設備端應該最好是采用直接的，這樣也是更安全，更可靠的，這個就是兩種方案的一個比較，一個是用外部的設備傳感器把這些所有的處理放在PLC里頭，還采用一個功能安全的設備跟PLC進行通訊就可以了。這個是功能安全產品結構框圖，兩套傳感器芯片都經過微處理器，在微處理器里面包括各種軟件的算法，這個很重要的一點也是一種發展趨勢，就是設備端自決斷，通過軟件可以做各種決定。

 

　　這是跟安全有關的一些標準參數，包括它對電源，對存儲循環時間的檢查，包括符合的一些標準，IEC61508標準，62061標準，13849標準，這款產品其中也給出了一個很重要的參數，對風電來說有很重要的價值，就是最大可持續工作時間20年。

 

　　這個就是大家可以看一下功能安全的一些參數，包括平均故障時間、共因失效、診斷覆蓋率、性能等級等等。這里面簡而言之，最大的優勢，功能安全產品對于客戶對于業主最大的有適合價值就是認證產品無論在正常情況或者有故障的情況下，安全功能都能夠保證正確實施，不會對人員、設備還有財產造成損害。這個怎么理解？就是說因為任何產品都有可能會失效或損害，但是功能認證的安全產品即使在產品損害的時候也會做出安全動作，就是保護需要執行的設備不受到損害。因為今年IEC標準里面也提出了6140-1這個標準就適應發展要做出調整。

 

　　為什么說這個認證也是象征著安全和保障呢？大家可以看一下要取得功能安全產品認證的話需要的一個過程，這個從一個新的產品的印象開始就要和第三方認證公司和TUV進行溝通，包括安全參數的計算，這些還需要被認證公司所校驗，認證公司還要做硬件的檢查，軟件的檢查，同時要到工廠進行校驗，最后才能夠頒發證書。就這么一個小小的產品認證周期兩年甚至更多，所以說還是很難拿到的。

 

　　我們引入了兩個證書，因為我們在這個行業里做了超過十年，經常在振動傳感器這塊碰到最大的困擾就是客戶比較認出身，因為之前有一款可能市面上用的比較多的產品是老的GL認證，姑且不說這個效力還有沒有，但是客戶經常拿來做比較，我出這兩個證書就是說他們是等效的，而且這些也是國際通行證，采用認證的產品在認證費用和認證時間上，都會為客戶節省費用和時間。

 

　　這個也是功能安全產品在國內外的一些應用，接下來是一款風機上用的比較多的或者說必須都用的產品，就是氣象站，如果是基于原有的一些產品需要單獨的風速機，比如說風向標，包括氣壓計，或者溫濕度傳感器，我們現在采用一個產品就可以完成上述右圖所有產品的功能。這個產品可以測量空氣的溫度、相對濕度和大氣壓力，并且在上述參數基礎上計算出來空氣溫度和露點溫度，為風電行業提供所需的全方位的氣象數據。因為馬云也講過現在我們已經真正進入到數據時代，數據是最重要的生產資料，而且對數據的要求也是越來越高了，通過數據分析和數據積累，將數據轉化為生產力，為客戶創造更高價值，而且這個安裝也非常簡單，成本也很低，要是原來那些產品的話需要很多安裝位置，很多接線，而且原有那些產品也不適用于安裝環境。

 

　　這個產品最大的測量范圍可以到100米每秒，自診斷功能，而且很重要的一點這個超聲波測風儀免維護，采樣頻率根據環境變化進行自調整，這個就是剛才介紹的它內部的微逆變系統，外科是采用的完全抗腐蝕的材料，最大降雨量是300毫米每小時，從業主也好，包括整機廠也好，怎么判別這個到底好不好，就是結構從復雜到簡單，向一體化功能從單一到多種、向數字化、智能化、網絡化發展。

 

　　這個是它的監控界面，大家可以看風速、風向，包括氣象數據，包括它的內部狀態都可以通過這個界面清楚的了解到。因為現在都提智能化，我覺得傳感器就是助力風機智能化的非常關鍵，就是從自動化向智能化跨越，感知環境的變化并且根據變化進行自助調整的自動化就是智能化。隨著風電的發展，原來忽略的問題逐漸被重視，例如濕氣、結冰等，在實際運行過程中影響到安全。優化控制策略，提升發電量。另外現在行業里面已經有的采用前饋控制網，已經引入激光雷達，我想因為風的變化尤其是固定機位點應該內在都有聯系，基于風向、風速包括氣象各因子的數據的累計計算，包括分析我覺得是不是也為行業提供另一種解決方案，因為畢竟激光雷達還是很貴的，而且不是哪個公司都能夠批量的得到這個產品。

 

　　空氣密度我再簡單說一下，空氣密度大家可能做的平均值或者依據海拔高度，但是空氣密度有日的變化，比如以低緯度地區更明顯，在沿海日漸這邊，日波動有300-400Pa，而且同時它受濕度影響，越高的時候越大，30度最大可以達到4%。

 

　　因為時間關系這一塊就快一點吧，而且這個是今年8月份又重新做的依據IEC61400-12-1的標準做的一個標準。

 

　　測風儀非常重要，而且對整機發電量和度電成本有很重要的影響，我認為測風儀應該符合61400-12-1的標準是很重要的。這個最大風速測試到90多米。

 

　　最后總結一下，應該增加傳感器的數量提高傳感器的性能，提高控制系統的感知能力，這個是智能的前提條件和必要條件，而且也應該是公認的，網絡化智能傳感器是一個趨勢，傳感器作為風機除人工設置參數以外的唯一輸入，其重要性不言而喻，傳感器感知外界環境的能力，決定了風機信息輸入的準確性和豐富性，對于傳感器應用的創新，往往也是智能風機創新的基礎。我的分享就到這里，謝謝大家！