Technicien dans une pale de rotor d'une installation d'énergie éolienne

Mesure de charge dans les pales de rotor Un design de capteur robuste

Les pales de rotor sont soumises à des conditions et sollicitations extrêmes. Les exigences en matière de surveillance augmentent avec la longueur des pales. Le système de monitorage du rotor (RM-S) de Phoenix Contact surveille en permanence les vibrations et les charges exercées sur les pales du rotor. En cas de dépassement des valeurs limites définies, une alarme se déclenche : les exploitants sont donc toujours informés de l'état des pales.

Application

Les pales de rotor sont soumises à des forces dynamiques très élevées, qui peuvent provoquer des dommages structurels des pales au cours de leur durée de vie en service. Une surveillance permanente des charges et des vibrations permet de détecter à temps les dommages. Ces données vous permettent de régler l'installation d'énergie éolienne en optimisant les charges, d'où une réduction à un minimum de la charge exercée sur les pales. Si un dommage se produit malgré tout, il peut être détecté à temps et supprimé facilement.

Pale de rotor d'une installation d'énergie éolienne dans un paysage de verdure

Système de monitorage du rotor (RM-S) La solution pour la surveillance de charge

Le système de monitorage du rotor (RM-S) mesure les charges exercées sur les pales de rotor des installations d'énergie éolienne sur la base des couples de flexion. Ceux-ci peuvent être utilisés pour réaliser des applications de maintenance prédictive, pour prolonger la durée de fonctionnement de l'installation ou pour réduire d'une manière proactive les charges par un réglage adapté. Pour cela, on utilise des capteurs précis et solides, en se basant sur des jauges de contrainte près de la base de la pale, sur la face intérieure des pales de rotor d'une installation d'énergie éolienne.

Les éléments principaux de cette solution sont d'une part ces jauges de contrainte spéciales et d'autre part un automate de Phoenix Contact avec l'architecture PLCnext. L'automate est raccordé aux capteurs des pales de rotor par des modules Axioline F à haute résolution juxtaposés directement. Pour protéger l'installation contre les surtensions et la foudre, des équipements de protection appropriés sont installés pour les câbles des capteurs et pour l'injection de la puissance. En option, vous pouvez équiper le système d'un modem pour une communication sans fil directe. Le système vous fournit une interface PROFINET, Modbus/TCP, OPC-UA ou CANOpen.
Les mesures sont enregistrées et prétraitées par l'automate de manière à vous fournir des signaux avec des unités physiques. De plus, des valeurs déduites du signal de contrainte, telles que le couple de flexion ou la tension dans le matériau, sont calculées. Des grandeurs caractéristiques statistiques, telles que les valeurs minimales et maximales ainsi que la variance du signal et les valeurs moyennes sont également collectées.

Il est aussi possible de déterminer des valeurs limites, de manière à pouvoir transmettre une alarme automatique en cas de dépassement des valeurs limites par l'une des interfaces du bus.
Les données ainsi traitées sont mises à la disposition de l'automate supérieur de manière synchrone pour le traitement des signaux. Toutes les données brutes peuvent être enregistrées temporairement en format CSV ou binaire sur une carte SD ou sur un serveur sFTP, et peuvent être téléchargées par un système indépendant pour une analyse ultérieure.
Le RM-S vous fournit pour cela une interface de mise en service basée sur la technologie web, sous forme d'une IHM, de manière à ne pas avoir besoin d'un autre logiciel, mais uniquement d'un navigateur. Avec cette IHM, vous pouvez configurer le système, visualiser les valeurs de mesure et surveiller l'état du système.

Capteur RM-S

RM-S : un design de capteur robuste

Capteurs :
Phoenix Contact a développé des capteurs spéciaux adaptés aux conditions particulières à l'intérieur d'une pale de rotor d'une installation d'énergie éolienne. Ces capteurs sont construits de manière si robuste qu'ils peuvent être facilement installés, même dans des conditions défavorables, tout en étant bien protégés contre les influences extérieures.
Les signaux des capteurs raccordés sont enregistrés par l'automate. Lors du traitement rapide des signaux, les valeurs de mesure sont filtrées et leur cohérence est vérifiée. De plus, les valeurs de mesure permettent de déterminer le couple de flexion minimal, moyen et maximal ainsi que la vitesse de rotation du rotor. Lorsque les valeurs limites sont dépassées, les sorties TOR librement programmables peuvent émettre une alarme. Les données traitées sont mises à disposition de l'automate supérieur de manière synchrone pour un échantillonnage des signaux. Toutes les données brutes peuvent être sauvegardées, via le réseau, sur une base de données Microsoft SQL ou au format CSV sur une carte SD ou sur un serveur FTP, pour être ensuite analysées sur un système indépendant. Par ailleurs, le RM-S enregistre les collectifs de charge générés. L'illustration du collectif de charge sert à la prise en charge, sur toute la durée de fonctionnement, des amplitudes de vibrations qui entraînent un dommage structurel des pales de rotor. Ces valeurs permettent d'évaluer la durée de vie en service restante.

Structure du système de monitorage du rotor

En rétrofit ou pour les installations neuves
Le RM-S peut être intégré directement dans la conception électrique de l'installation ou peut être ajouté dans les installations existantes. La version en rétrofit est composée d'une armoire électrique préconfigurée, qui est montée dans le moyeu et peut être intégrée dans l'automate par les interfaces disponibles.

En option, les données peuvent être directement transmises à l'exploitant via le modem GSM. Pour les nouvelles infrastructures, le matériel nécessaire, tel que l'automate et le module E/S, est installé directement dans l'armoire électrique à pas variable de l'installation d'énergie éolienne. Dans ce cas, le logiciel sera transféré sur l'automate par une carte SD.

Avantages :

  • Maintenance basée sur l'état des pales du rotor grâce à la détection à temps des défaillances
  • Réduction de la sollicitation des pales grâce à une régulation optimisée selon la charge de l'installation d'énergie éolienne
  • Fonctionnement fiable grâce à la robustesse des composants conçus pour répondre aux exigences des installations d'énergie éolienne
  • Système ouvert pour une intégration optimale des systèmes existants

Avantages

  • Maintenance basée sur l'état des pales du rotor grâce à la détection à temps des défaillances
  • Réduction de la sollicitation des pales grâce à une régulation optimisée selon la charge de l'installation d'énergie éolienne
  • Fonctionnement fiable grâce à la robustesse des composants conçus pour répondre aux exigences des installations d'énergie éolienne
  • Système ouvert pour une intégration optimale des systèmes existants
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Équipe énergie éolienne de Phoenix Contact dans un paysage hivernal devant des installations d'énergie éolienne