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天澤智雲用智慧預測管理呵護離岸風機

2019/1/17


【30秒看完一整篇】

海上風力發電初期投入成本高,大型風力發電機的維護成本也比陸上風場高出兩三倍,更別談風機一旦無預警停機,造成的損失相當可觀。在本案例中,研華與天澤智雲協力完成的風力發電監測與PHM解決方案,讓離岸風場從使用傳統SCADA監看躍升為使用智能軟體預測未來。引進智慧管理後,風場的運維成本降低,管理成效也隨之大幅提升。

預測維護vs故障報修,他們選擇前者

日前,中國某電氣集團正於中國沿岸建置海上風力發電站場。負責團隊分析:雖然以往離岸風場均會導入遠端監控系統,但多僅止於風機狀態監測,做不到故障預測與健康管理(Prognostic and Health Management;PHM),所以僅能在收到異常警示通報時再緊急備件與派員維修,導致需要花費較長的停機時間來排除故障,不僅影響風場的發電總量帶來可觀損失,事後維修的費用也遠高於事前維護。

該電氣集團因此希望在建置新風場時,同步引進一套智慧雲端運維管理系統,並由專精於工業大數據分析的系統整合商天澤智雲科技有限公司,承接下此案。

天澤智雲專長為以先進演算法建立專業知識模型,以及利用對標管理找出最佳運行方法。為了達成客戶電氣集團的期待,包括打造出能提供合風功率預測、電網調度優化、風機狀態監測、故障預測診斷、維護排程智能化等多種功能的系統,達成降低風電運維成本、減少發電量損失,進而提高風場經濟效益。天澤智雲決定於私有雲上,為這座離岸風場的風機進行性能管理、狀態監控,以及故障預測與健康管理。

不過,管理監控或是預測的軟體,都需要有完善的資料採集與雲端平台當作運作基礎。此時天澤智雲遇到一個難題:需要為底端設備層與頂端應用軟體層之間,選購一套既提供邊緣運算層、亦提供雲端PaaS層相關軟硬體的中間件 (Middleware),作為連結的橋樑。而且該中間件需符合以下條件:

  1. 成本效益導向的完整解決方案:能節省建置雲端系統所耗費的心力與時間  
  2. 邊緣運算層:採集風機資料的硬體平台本身需小巧結實,並可自行預先處理資料並轉換資料格式,再上傳雲端運算或儲存
  3. 雲端PaaS層:為提供應用軟體抓取風機資料,該PaaS物聯網雲平台需為開放式,並提供資料可視化工具,供使用者設計易於監控的儀表板

經過調研比較,該公司決定與研華合作,採用風力發電監控與PHM解決方案


研華風力發電監控與PHM解決方案,為風場應用一次解決軟硬整合

研華的風力發電監控與PHM解決方案,整合風機狀態採集電腦MIC-1810、設備狀態監控軟體WebAccess/MCM、物聯網雲服務軟體平台WISE-PaaS、圖控軟體WebAccess/SCADA等產品,提供邊緣運算層與雲端PaaS層所需軟硬體,一次滿足天澤智雲的所有需求。

在資料採集層面,透過安裝在風機內的MIC-1810,採集軸承、齒輪箱與發電機的資料,並經由內建的WebAccess/MCM,先將類比訊號進行最佳化預處理,再轉換成MQTT格式,上傳到WISE-PaaS雲服務平台內的SQL資料庫。如此一來,天澤智雲位於雲端空間頂層的三套應用軟體,即可從資料庫內輕鬆取得所需的風機資料,進行建模與對標等智慧分析。

同時,系統開發者還能利用WebAccess/SCADA的資料可視化工具,設計出各式各樣的儀表板。分別以沿岸地圖、風機圖、長條圖、圓餅圖、雷達圖、趨勢圖等圖表,清晰傳達重要監控資訊。

在邊緣運算層,研華提供軟硬體整合解決方案SRP-PHM420(包含MIC-1800與WebAccess/MCM)。該方案搭載資料擷取模組MIC-1810,它本身為佔用極少空間又易於安裝的緊湊型嵌入式電腦。其所提供的多個I/O通道,可滿足此專案採集振動、電流與溫度等類比訊號的需求,其他的類比輸出與數位輸入輸出通道則為日後系統新增功能預留了擴充空間。

而安裝在MIC-1810內的WebAccess/MCM,則可用來定義資料採集條件、優化時域與頻域訊號品質、提取有意義的特徵訊息、儲存與管理數據、按乙太網路通訊協定傳送採集資料。由於使用者不用編程,只要透過設定而即可獲取並處理動態訊號,因此能大幅加快專案進程。

最後在雲端PaaS層,WISE-PaaS是建置公、私有雲時不可或缺的雲平台,更為SaaS層應用程式開發廠商提供了易於設計APP的開發環境。以此專案為例,透過其所支援的SQL資料庫抓取風機資料、以MQTT物聯網通訊協定向下整合邊緣運算層、利用WebAccess/SCADA圖控軟體的資訊圖儀表板工具,將採集資料以資訊圖表方式呈現,一目了然,方便使用者運維管理。

對於系統整合商天澤智雲而言,研華風力發電監測與PHM解決方案不但性價比高,更重要的是提供在設備層與應用層之間暢行無阻的通道,讓SI能全心專注於人工智慧演算法與智能APP的開發,以省時省力的方式,加速完成專案。


智慧運維管理:降低成本、提升效能

海上風力發電已成為各國新能源發展的主流。能源研究機構更預測:未來十年,全球離岸風場的裝機量將保有兩位數的年複合增長率。而離岸風場在長達二十年的營運期間,舉凡發電效能、電網調度與檢修保養等課題,都需要風場經營者擬訂妥善運維策略,方可提升風力發電效率並減少風力發電成本。

研華風力發電監測與PHM解決方案,為專為風場運維管理的完整軟硬體整合解決方案SRP(Solution Ready Package)。內容涵蓋一體化邊緣採集軟硬體與WISE-PaaS工業物聯網雲平台,加上合作夥伴天澤智雲運用大數據分析所開發的三套智能APP,不僅能精確採集數據並即時監控風場,還能預測故障以降低風機的非計劃性停機,更能透過智慧預測和健康管理來延長風機使用壽命,使風場經營者得以有效降低維護成本並優化發電效能與運維管理。

在此離岸風場專案順利成功之餘,雙方的「共創」合作還將繼續,目標為把設備監測和PHM解決方案推廣至新能源、工廠及其他相關產業,讓更多產業業者能達成智慧運維目標。


【專案導入產品】 

  • WISE-PaaS:工業物聯網雲平台
  • SRP-PHM420:一體化邊緣採集方案,包含以下軟硬體
  1. MIC-1800:內建Intel® Core™ i3/Celeron®處理器之資料採集平台
  2. WebAccess/MCM:設備狀態監控軟體

【系統架構圖】 

風力發電監測與PHM解決方案系統架構圖



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