Ein Zusammenhang, der gleich zweimal zum Tragen kommt. Auf der einen Seite soll die Verfügbarkeit einer Windkraftanlage hoch sein. Das bedeutet wenige Ausfälle der Anlage bzw. der Sensorik und nur geringer Wartungsaufwand mit wenigen Reparaturen. Auf der anderen Seite werden Anlagen mehr und mehr mit Sicherheits-Sensorik ausgestattet. Die Richtlinien des Germanischen Lloyds unterstreichen diese Entwicklung zusätzlich. Daher wird in Windkraftanlagen zunehmend mit zertifizierten Sicherheitskomponenten gearbeitet – z.B. mit SIL2 Zertifikat.
Seit mehr als 30 Jahren liefert TWK Produkte an die Windbranche und war von der ersten Stunde an dabei. Durch diese Erfahrungen und das gesammelte Wissen hat das Unternehmen nicht nur zahlreiche Geräte, sondern auch ein Gespür dafür entwickelt, welche Produkte für diese Branche geeignet sind. Zudem bietet TWK seit geraumer Zeit Safety-Sensoren an, die den steigenden Anforderungen nachkommen. Mittlerweile umfasst die Produktpalette eine Reihe von SIL2 zertifizierten Sensoren.
Ein gutes Beispiel ist das elektronische Nockenschaltwerk der CANopen Modelle NOCN/S3. Es löst in vielen Fällen ein mechanisches Nockenschaltwerk mit integriertem Drehgeber ab. Das elektronische Nockenschaltwerk ist kompakter und einfacher zu bedienen und einzustellen. Anpassungen an die Anlage können elektronisch erfolgen und müssen nicht mechanisch - beispielsweise durch verschiedene Zahnräder - realisiert werden. 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, ist eine SIL2 Zertifizierung unumgänglich. Der Kunde erhält ein Gerät, das eine sichere Drehgeberposition und -Geschwindigkeit übermittelt (über CANopen Safety) 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. Sie sind für die Sicherheitskette geeignet.
Ein Beispiel: Die Gondel einer Windkraftanlage wird bei sich drehender Windrichtung entsprechend nachgefahren, damit der Rotor immer senkrecht zur Windrichtung steht. Nur so wird die im Wind enthaltene Energie optimal 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 3 Umdrehungen in dieselbe Richtung die Gondel durch das Nockenschaltwerk gestoppt und wieder auf 'Null' zurückgedreht.
Um eine sichere Arbeitsweise zu gewährleisten, werden – neben der ohnehin erforderlichen, sicheren Auslegung von Hard- und Software – zusätzlich die Schaltkontakte direkt über einen Controller abgefragt. Sollte der geforderte Schaltzustand (On oder Off) nicht vorliegen – aufgrund eines Defektes oder aufgrund von Kontaktkleben – wird sofort eine Fehlermeldung generiert und an die Steuerung übermittelt. Diese kann entsprechend handeln, um Schaden zu vermeiden. Safety heißt eben auch: Fehler erkennen und reagieren. Das Kontaktöffnen in der Sicherheitskette wird sichergestellt, indem pro Schaltausgang zwei in Reihe geschaltete Relais kurz zeitversetzt (ca. 20 ms) öffnen. Die Differenzierung in Sensor und Aktor in einem Gerät, mit jeweils eigenen Safety-Daten, lässt dem Anwender die Möglichkeit offen, auf den Drehgeber oder auf die Schaltkontakte oder auf beides sein Hauptaugenmerk zu richten. Er weiß, welcher Teil mit welchem SIL Wert in seine Applikation eingeht. Auf Wunsch können die Drehgeberdaten auch über das CANopen Standard Profil oder SSI ausgegeben werden. Der Nutzer hat die Wahl.
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 NOCN gesendet werden muss, verifiziert werden. Sicherheit hat absoluten Vorrang.
Erfolgreich eingesetzt werden die Nockenschaltwerke seit langem in der Pitch- und Yaw-Steuerung. Sie sind auch mit SSI (NOCE) und analoger Schnittstelle (NOCA) erhältlich. Zusammen mit dem TWK Messzahnrad ZRS lässt sich die Position sogar spielfrei ermitteln.
Wird ausschließlich ein Drehgeber gebraucht, kann TWK mehrere SIL2 zertifizierte Modelle anbieten. Der aktuellste ist der Fail-safe over EtherCAT (FSoE) TRK/S3. Dieser entstammt ebenfalls der zuverlässigen und robusten Baureihe der magnetischen Zweikammergeräte, wie das NOCN. 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. Entsprechende Kennwertbibliotheken liegen vor.
Im Rahmen dieser Baureihe sind auch andere Schnittstellen lieferbar: PROFIsafe über PROFINET (TRT/S3), CANopen (TRN) und CANopen Safety (NOCN58/S3), SSI (TRE) mit zusätzlichen Inkrementalsignalen sowie die immer noch verwendete analoge Schnittstelle (TRA).
Die neueste Entwicklung ist ein Drehgeber HBx mit einer Auflösung von 4Mio. Schritten (> 21 Bit) - ebenso robust und zuverlässig - der auch als Inkremental-Drehgeber verfügbar ist.
Der SIL2 Vibrationssensor NVA rundet das Produkteprogramm für die Windindustrie ab. Dieser speziell für Windkraftanlagen entwickelte Sensor misst Schwingungen und Vibrationen in einem Bereich von 0,1 bis 60 Hz in x- und y-Richtung. Er gibt die Messwerte analog und über CANopen Safety aus. Man misst mit diesem Sensor langsame Störschwingungen, z.B. aufgrund einer Rotorunwucht. Getriebevibrationen höherer Frequenz können ebenfalls erfasst werden. Die Frequenzbereiche sind auf Wunsch durch digitale Filter trennbar. Werden aufgrund von Defekten an der Anlage bestimmte Grenzwerte überschritten, gibt es zwei voneinander unabhängige Schaltausgänge, die die Sicherheitskette unterbrechen oder andere Schaltvorgänge vornehmen. Dieses Gerät ist weitreichend parametrierbar. Dies beinhaltet: Grenzwerte, Verstärkung, Mittelungen usw. Zum guten Schluss ist eine Integrator-Funktion implementiert, die leichte Grenzwertüberschreitungen über eine längere Zeit summiert und erst verzögert reagiert. Sollten die Überschreitungen nämlich zurückgehen, kann es sein, dass kein Schaden an der Anlage entsteht und nicht gestoppt werden muss. Der NVA löst in diesem Fall dann auch nicht aus. Aber: Bei starker Schockeinwirkung unterbricht der NVA immer die Sicherheitskette unabhängig vom Integrator (Shock detection).
Die Windkraftanlage befindet sich also immer in sicherer Sensor-Hand.