Sterowanie komputerowe w sieci Smart Grid

W związku z rosnącym udziałem lokalnych źródeł elektryczności zwiększyło się zapotrzebowanie na „inteligentne” sieci elektroenergetyczne – tzw. Smart Grid, umożliwiające efektywne zarządzanie rozproszonymi zasobami energetycznymi. Firma Beckhoff, dysponując technologią sterowania komputerowego, już teraz oferuje uniwersalne rozwiązania problemu akwizycji i zarządzania danymi procesowymi i energetycznymi. Rozwiązania te mogą być na bieżąco dostosowywane do nowych wymagań rynku energetycznego poprzez zastosowanie wyspecjalizowanych wtyczek programowych.

Smart Grid definiuje oraz kontroluje połączenia pomiędzy generatorami elektryczności, sprzętem elektrycznym, akumulatorami i konsumentami. Fundamentalnym problemem jest standaryzacja komunikacji pomiędzy poszczególnymi urządzeniami. Jako, że wiele standardów znajduje się teraz w trakcie definiowania, najważniejszymi cechami, z punktu widzenia platformy sterującej, jest elastyczność i otwarta architektura. Łącząc kompaktowe komputery wbudowane oraz oprogramowanie TwinCAT, Beckhoff oferuje optymalne rozwiązanie tego problemu. Już teraz sterowniki firmy Beckhoff znajdują zastosowanie w wielu instalacjach, których funkcjonowanie ukształtuje systemy Smart Grid przyszłości. Są to instalacje w takich obiektach jak budynki, turbiny wiatrowe, elektrociepłownie, elektrownie wodne czy stacje energetyczne.

Pomiary zintegrowane z systemem wejścia/wyjścia
Terminale sieciowe wejścia/wyjścia można podłączać bezpośrednio lub modułowo do kompaktowych, montowanych na szynach DIN, komputerów wbudowanych firmy Beckhoff poprzez złącza kablowe. Takie rozwiązanie pozwala oszczędniej gospodarować przestrzenią w szafie sterującej. Dostępne są terminale sieciowe obsługujące dowolne sygnały analogowe i cyfrowe używane w  przemyśle. Znacząco ułatwiają one proces integracji pomiarów, który staje się istotnym problemem w sieciach Smart Grid. Beckhoff oferuje terminale do pomiaru wartości średniokwadratowej dla prądu, napięcia oraz mocy aktywnej, biernej i nominalnej w systemie trójfazowych. Terminale monitorowania mocy zapisują nieprzetworzony pomiar napięcia i natężenia prądu z częstotliwością 10 kHz, a następnie przesyłają dane do komputera w celu dalszego wykorzystania. Oprócz tego istnieją terminale dla wejść analogowych, służące do akwizycji pomiarów temperatury, rezystancji, ciśnienia i wibracji. Integracja różnych sygnałów pomiarowych jest możliwa dzięki użyciu szybkiej i determistycznej sieci field bus – EtherCAT. Poza innymi swoimi zaletami, EtherCAT zapewnia precyzyjne oznaczenia czasowe, wewnątrzsystemowe mechanizmy synchronizacji sieciowej oraz możliwość synchronizacji z zewnętrznymi wzorcami takimi jak GPS i IEEE1588. Dzięki temu możliwa jest synchronizacja sieci Smart Grid na dużym obszarze.

Otwarta komunikacja dzięki oprogramowaniu TwinCAT
Cyfrowe i analogowe sygnały zebrane przez terminal sieci EtherCAT przesyła się natychmiast do komputera sterującego. Tam dane przejmuje oprogramowanie TwinCAT, w celu dalszej obróbki i analizy. Istnieje wiele bibliotek zapewniających potrzebne do tego funkcjonalności. Dzięki temu można, na przykład, policzyć harmoniczne wynikające z nieliniowego obciążenia w sieci. TwinCAT do zdolności przetwarzania danych dodaje możliwość komunikacji ze światem za pomocą różnych interfejsów. TwinCAT współpracuje z protokołami kontrolnymi EC 60870-5-101, 102, 103 i 104 oraz IEC 61850, który cieszy się ostatnio duża popularnością w sieciach Smart Grid. Komunikację można realizować z użyciem m.in.  BACnet/IP, Modbus RTU/TCP i M-bus. Istotną sprawą jest bezpieczeństwo wymiany danych; dostępny jest protokół ze specjalnymi charakterystykami bezpieczeństwa OPC-UA. Wyjątkowa elastyczność i skalowalność oprogramowania TwinCAT sprawia, że wszystkie dzisiaj dostępne, a także przyszłe sterowniki Beckhoff można będzie zintegrować z „inteligentną” siecią elektroenergetyczną – Smart Grid.