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Basierend auf PC- und EtherCAT-Technologie stellt Beckhoff weltweit erprobte Systemlösungen für Windenergieanlagen zur Verfügung: Mehr als 140.000 Windenergieanlagen bis zu einer Größe von 25 MW wurden weltweit mit der Beckhoff Technologie automatisiert.
Mit unserem durchgängigen Systembaukasten realisieren Sie offene und skalierbare Steuerungsarchitekturen – von der Pitchregelung über Umrichter-, Getriebe- und Bremsenansteuerung bis zur Windparkvernetzung. Integrierte Sicherheitsfunktionen und Condition Monitoring in Echtzeit machen Ihre Anlagen fit für die Zukunft.
Ihr Vorsprung im Engineering von Windenergieanlagen mit Beckhoff:
- Echtzeitfähigkeit: schnelle, durchgängige Kommunikation per EtherCAT
- Offenheit: Anbindung gängiger Feldbusse und Ethernet-basierter Systeme
- Flexibilität: skalierbare Topologien für unterschiedliche Anlagenkonzepte
- Systemgedanke: Safety und Condition Monitoring direkt in die Steuerung integriert
- Branchenexpertise: mehr als 20 Jahre Erfahrung und spezifische Softwarebausteine
Unsere Technologien für Ihre Windenergieanlage
Durchgängige Steuerungsplattform für Windkraftanlagen
Mit PC-based Control stehen Ihnen alle Steuerungsaufgaben auf einer zentralen Plattform zur Verfügung. So laufen z.B. alle Daten in einem Embedded-PC im Turmfuß der Windkraftanlage zusammen. Dieser verarbeitet sie, kontrolliert die Netzeinspeisung, kommuniziert mit der Leitwarte. Sicherheits- und Messtechnik sowie Condition Monitoring sind über I/O-Module in die Steuerung integriert. An den Leitrechner werden via EtherCAT der Umrichter im Turmfuß, das I/O-System zur Betriebsführung in der Gondel und der Pitch-Controller in der Nabe angebunden. So entsteht ein durchgängiges System ohne isolierte Teilsteuerungen. Das reduziert Hardware- und Engineering-Aufwand, erhöht die Verfügbarkeit und verbessert die Effizienz Ihrer Windkraftanlagen.
Ihre Vorteile mit PC-based Control:
- Durchgängigkeit: einer durchgängigen Steuerungsplattform für Betriebsführung, Pitchregelung, Parkvernetzung und Azimut-System
- Skalierbarkeit: modularer Systembaukasten für alle Anlagenkonzepte und Leistungsklassen
- Offenheit: Kompatibilität mit industriellen Kommunikationsstandards wie IEC 61400-25, Ethernet TCP/IP und OPC UA
High-Speed-Kommunikation für Windenergieanlagen
EtherCAT bietet die nötige Performance für die durchgängige Automatisierung moderner Windenergieanlagen. Der Feldbus ermöglicht schnelle Reaktionszeiten, exakte Zeitsynchronität und die Integration auch anspruchsvoller Subsysteme wie Umrichter, Sicherheits- und Messtechnik.
Auch in der Windparkvernetzung setzt EtherCAT Maßstäbe. Über Lichtwellenleiter lassen sich Anlagen kabelredundant und über Distanzen bis 20 km verbinden. So werden Sollwerte schnell im gesamten Parknetz verteilt und Netzgrößen effizient geregelt werden.
Ihre Vorteile mit EtherCAT:
- Reichweite: LWL-Vernetzung mit Multimode-Technologie bis 1,5 km, bei Singlemode bis 20 km
- Effizienz: Vernetzung ohne aufwendige Switch- und Hub-Strukturen
- Transparenz: hochfrequente Erfassung von Strom- und Spannungswerten mit bis zu 20.000 Samples/s
Für Messtechnik, Condition Monitoring und Netzdiagnose
Mit XFC erfassen Sie Messdaten mit hoher Geschwindigkeit und synchroner Zeitbasis. Messtechnik-, Condition-Monitoring- und Netzdiagnose-Klemmen von Beckhoff erfassen Rohdaten per Oversampling mit bis zu 100 kHz und übertragen sie direkt in die CPU. So bleiben alle Messinformationen erhalten – ohne Vorverarbeitung in der Klemme und ohne Datenverlust.
Mithilfe von EtherCAT Distributed Clocks synchronisieren Sie alle Messwerte in einem Zeitfenster von deutlich unter 1 µs, sowohl in Ihrer Windkraftanlage als auch im gesamten Windpark. Sie erhalten exakte Messzeitpunkte für eine zuverlässige Analyse von Anlagenzustand, Netzverhalten und Diagnoseereignissen.
Ihre Vorteile mit XFC:
- Diagnosetiefe: XCF optimiert Condition Monitoring, Netzdiagnose und Strukturüberwachung
- Deterministische Verarbeitung: schnelle Signalverarbeitung im Mikrosekundenbereich
- Volle Transparenz: keine Messdaten-Vorverarbeitung in der Klemme, kein Verlust diagnostisch relevanter Informationen
Funktionale Sicherheit direkt integriert
Mit TwinSAFE integrieren Sie funktionale Sicherheit für höchste Anforderungen direkt in die Steuerungsarchitektur Ihrer Windenergieanlage. Sichere I/Os, TwinSAFE Logic und Safety over EtherCAT verbinden Sicherheits- und Standardkommunikation in einem durchgängigen System.
Ein Highlight speziell für das Engineering von Windkraftanlagen ist die EtherCAT-Klemme EL3452-0090. Die 3-Phasen-Leistungsmessklemme überwacht Generatoren bis 690 V AC ohne vorgeschalteten Spannungswandler und stellt relevante Messwerte wie Strom, Spannung, Leistung, Frequenz, THD und Oberschwingungen bereit. In Kombination mit der XFC-Technologie kann die Klemme optional auch die Zeitpunkte des letzten Spannungs- und Nullstromdurchgangs an die Steuerung übermitteln und so entsprechende Schalthandlungen anstoßen.
Ihre Vorteile mit TwinSAFE:
- Zertifizierte Sicherheit: Safety over EtherCAT erfüllt Sicherheitsanforderungen bis SIL 3
- Weniger Verdrahtung: sichere Signale laufen über bestehende EtherCAT-Kommunikation
- Mehr Diagnosetiefe: Power-Quality-Auswertung zur Bewertung von Netzverzerrungen, Signalqualität und Oberschwingungen
AMP800: Kompakt. Dynamisch. Verschleißarm.
Das Azimut-System richtet die Gondel der Windenergieanlage zum Wind aus. Häufig werden dafür elektrische Antriebe und hydraulische Bremssysteme kombiniert. Bei aktiver Windnachführung ist das Bremssystem permanent im Einsatz. Dies führt zu hohem Verschleiß und Wartungsaufwand. Schonender und effizienter ist es, die ohnehin verbauten elektrischen Antriebe zum Aufbau des Gegenmoments und zum Verspannen der Mechanik zu nutzen.
Beckhoff bietet mit dem dezentralen Antriebssystem AMP8000 eine kompakte Alternative, die Servofunktionalität direkt in den Motor integriert. Das spart Bauraum, Gewicht und Verdrahtung in der Gondel. Gleichzeitig lässt sich die Antriebsleistung flexibel an das Anlagenkonzept anpassen.
Ihre Vorteile mit AMP8000 :
- Mehr Ertrag: dynamische Windnachführung ohne zurückhaltende Bremsstrategien
- Weniger Aufwand: reduzierte Wartung, weniger Verdrahtung und geringer Montageaufwand
- Mehr Sicherheit: integrierte TwinSAFE-Funktionen und sicheres Verhalten bei Spannungseinbrüchen
Beckhoff Produkt-Highlights für Ihre Windkraftanlage
Automatisierungssoftware für die Windindustrie
Mit dem TwinCAT 3 Wind Framework setzen Sie einheitliche und modular aufgebaute Softwarestrukturen für Windenergieanlagen um. Das Framework bündelt bewährte Beckhoff Steuerungstechnologie und Windenergie-Know-how in gekapselten Modulen für die Programmierung und Konfiguration Ihres Systems.
Subsysteme wie Umrichter, Pitch oder weitere Anlagenbereiche werden als eigenständige Module abgebildet. Status, Parameter, Befehle, Messwerte, Benutzeraktionen und Ereignisse lassen sich zentral verwalten, auswerten und dokumentieren. So entsteht eine wiederverwendbare Softwarearchitektur für Entwicklung, Betrieb und Diagnose.
Ihre Vorteile mit TwinCAT 3 Wind Framework:
- Engineering: SPS-Bibliothek und Beispielapplikationen erleichtern Programmierung
- Erweiterbarkeit: einfacher Tausch, Wiederverwendung und Erweiterung von Modulen
- Bessere Diagnose: Monitoring, Ereignisverwaltung und SQL-basierte Datenspeicherung schaffen Transparenz
Ultraschnelle Vernetzung von Windparks
Mit EtherCAT-Infrastrukturkomponenten von Beckhoff setzen Sie in der Vernetzung von Windparks neue Maßstäbe in puncto Geschwindigkeit. Im Falle eines Spannungseinbruchs (LVRT) lassen sich damit die Sollwertvorgaben angebundener Anlagen in weniger als 1 ms ermitteln und die Regelung von Strom, Spannung und Frequenzen anpassen.
Dank entsprechender EtherCAT-Komponenten kann dafür die bestehende Ethernet-Struktur auf Basis von LWL-Technik verwendet werden – über Distanzen bis zu 20 km. Mit dieser Technik synchronisieren Sie bei Bedarf sogar die Leistungsschalter (IGBTs) von Umrichtern innerhalb eines Windparks, und zwar unabhängig von der jeweils verwendeten Steuerung.
Multimode:
Singlemode:
Für die Ankopplung von bestehenden Steuerungen kommen folgende Kommunikationsbaugruppen zum Einsatz:
Leistungsstark, flexibel und kompakt für die Hutschiene
Mit den Embedded-PCs der CX-Serie steht Ihnen eine kompakte und skalierbare Steuerungsplattform für Windenergieanlagen zur Verfügung. Die Hutschienen-PCs verbinden Industrie-PC-Technologie direkt mit der Beckhoff I/O-Ebene und eignen sich für Betriebsführung, Pitchregelung, Messtechnik und weitere Aufgaben.
Die CX-Familie umfasst verschiedene CPU-Klassen für unterschiedliche Leistungsanforderungen – von kompakten Steuerungen bis zu leistungsstarken Lösungen für komplexe Anlagenbereiche. Neu und kompakt bietet etwa der CX8200 mit seinem Arm® Cortex®-A53 Dualcore-Prozessor mit 1,2 GHz eine starke Performance und arbeitet mit 1-GBit-Ethernet, USB 3.0 und Beckhoff RT Linux®. Der CX9240 erweitert das Spektrum noch und verfügt über vier Rechenkerne, 2 GB RAM und zwei unabhängige 1-GBit-Ethernet-Schnittstellen.
Ihre Vorteile mit Embedded-PCs von Beckhoff:
- Passende Leistungsklasse: vom kompakten Controller für dezentrale Aufgaben bis zur leistungsstarken Steuerung
- Modulare Erweiterung: Anbindung von I/Os, Feldbus- und Kommunikationsschnittstellen
- Servicefreundlicher Betrieb: schnelle Updates und einfacher Austausch vor Ort
Schnell integriert, normkonform umgesetzt
Mit TwinCAT 3 Power Control (TF8360) realisieren Sie zertifizierte EZA-Regelungen für Windenergieanlagen – effizient und normkonform mit geringem Engineering-Aufwand. Die zertifizierten Softwarebausteine unterstützen Sie dabei, die Anforderungen von Nieder-, Mittel- und Hochspannungsnetzen zu erfüllen.
Die Lösung läuft auf Embedded-PCs der Beckhoff CX-Serie und fügt sich nahtlos in die offene Automatisierungsarchitektur ein. Über gängige Kommunikationsstandards und Schnittstellen wie IEC 61850, IEC 60870, MQTT, OPC UA, EtherCAT, PROFINET, PROFIBUS oder CANopen lässt sich die EZA-Regelung flexibel in Anlagen, Parknetze und Leitwarten integrieren.
Ihre Vorteile in der EZA-Regelung mit Beckhoff:
- Netzstabilität: Blindleistungsregelung zur Spannungsstabilisierung und Wirkleistungsregelung zur Frequenzstabilität
- Störfestigkeit: integrierte Fault-Ride-Through-Funktionalität
- Flexible Hardwarebasis: mit 6 verfügbaren CPU-Klassen der Beckhoff CX-Serie und unbegrenzten Kommunikationsmöglichkeiten
Netzmonitoring und Leistungsmessung integriert
Mit den EtherCAT-Leistungsmessklemmen integrieren Sie Netzmonitoring und Leistungsmessung direkt in die Steuerung Ihrer Windkraftanlage.
Die EL3453 misst galvanisch entkoppelt 3-Phasen-Strom und -Spannung bis 5 A und 690 V. Die daraus resultierenden Mittelwerte überträgt die Klemme nach jeder halben Netzperiode (10 ms) an die CPU. Dazu gehören Werte wie Leistung, Frequenz, cos φ und natürlich Strom und Spannung.
Die EL3783 bietet identische physikalische Eigenschaften, misst Strom und Spannung aber mit einer Frequenz von 20 kHz. Aus den dabei gewonnenen Rohdaten können auf der CPU sämtliche Mittelwerte berechnet werden – zum Beispiel mit Hilfe der TwinCAT-Power-Monitoring-Bibliothek TF3650. Dies ermöglicht Netzanalysen bis zur 110ten Harmonischen.
Ihre Vorteile mit den I/O-Leistungsmessklemmen:
- Schnelle Fehlererkennung: Spannungseinbrüche frühzeitig erkennen
- Integrierte Analyse: Leistungs- und Netzqualitätsdaten direkt in der Steuerung weiterverarbeiten
Mehr Daten für höhere Windkrafteffizienz
Mit TwinCAT Analytics und TwinCAT Condition Monitoring machen Sie Betriebs- und Messdaten Ihrer Windenergieanlage systematisch nutzbar. Schwingungen, Temperaturen, Drehzahlen und Leistungswerte werden direkt in der Steuerung erfasst, analysiert und visualisiert. Das ist die Grundlage für zuverlässige Diagnose und vorausschauende Wartung.
Die TwinCAT Condition Monitoring Library stellt die benötigten Algorithmen bereit: für Analyse, Statistik und Klassifikation. TwinCAT Analytics ergänzt den Workflow von der Rohdatenerfassung über die Auswertung bis zum Dashboard. So lassen sich Verschleiß, Unwuchten oder unerwünschte Betriebszustände frühzeitig erkennen und Wartungsmaßnahmen gezielter planen.
Ihre Vorteile mit TwinCAT Analytics und Condition Monitoring:
- Höhere Diagnosesicherheit durch kombinierte Auswertung von Betriebs- und Messdaten
- Einfache Integration: direkte Einbindung von Algorithmen, Drittanbieter-Software und Dashboards in die TwinCAT-Steuerungsplattform
- Vorausschauende Wartung: datenbasierte Handlungsempfehlungen für längere Anlagenlebensdauer und höhere Verfügbarkeit
Beckhoff Lösungen für die Windindustrie
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Durchgängige Steuerung vom Turmfuß bis zur Rotornabe
Betriebsführung und Pitchregelung gehören zu den zentralen Stellhebeln für sichere, effiziente und netzkonforme Windenergieanlagen. Mit Beckhoff setzen Sie diese Stellhebel durchgängig und effektiv ein. Im Turmfuß verarbeitet ein Embedded-PC alle relevanten Daten und kommuniziert mit Leitwarte, Parknetz und übergeordneten Systemen. Über EtherCAT werden Umrichter, I/O-Ebene in der Gondel und Pitch-Controller in der Nabe schnell und zeitsynchron angebunden.
Die offene Automatisierungsarchitektur von Beckhoff ermöglicht eine flexible Integration von Sicherheits-, Mess- und Diagnosefunktionen. Für die Rotorblattverstellung stehen kompakte Steuerungslösungen für Kollektiv- und Einzelblattverstellung zur Verfügung.
Die Vorteile auf einen Blick:
- durchgängige Kommunikation zwischen Turmfuß, Gondel, Nabe und Leitwarte
- weniger Engineering- und Verdrahtungsaufwand dank EtherCAT
- integrierte Safety-Funktionen mit TwinSAFE
- flexible Pitchregelung mit Standardkomponenten für unterschiedliche Anlagenkonzepte
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Schnelle Kommunikation für stabile Parknetze
Mit wachsender Parkgröße steigen die Anforderungen an die Vernetzung von Windenergieanlagen. Sollwerte müssen schnell über das gesamte Netz verteilt, Messwerte präzise synchronisiert und Netzereignisse unmittelbar verarbeitet werden. EtherCAT schafft dafür eine leistungsfähige Basis. So lassen sich Vorgaben für alle Anlagen in weniger als 1 ms im Parknetz ermitteln und Strom, Spannung und Frequenz gezielt anpassen.
Die Vernetzung kann über Lichtwellenleiter kabelredundant aufgebaut werden. Auch große Distanzen lassen sich ohne Geschwindigkeitseinbußen überbrücken. Für die Kommunikation mit Leitwarten, Netzbetreibern und Stromversorgern unterstützt TwinCAT zudem die branchenüblichen Fernwirkprotokolle wie IEC 61400-25 und IEC 60870.
Die Vorteile auf einen Blick:
- schnelle Sollwertverteilung im Parknetz mit Reaktionszeiten unter 1 ms
- kabelredundante LWL-Vernetzung über große Distanzen bis 20 km
- präzise Synchronisation von Messwerten auf ein Zeitfenster kleiner 1 µs
- offene Schnittstellen für heterogene Anlagenkonzepte und Fernwirkprotokolle
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Zustandsdaten intelligent nutzen
Betrieb und Wartung moderner Windenergieanlagen verursachen hohe Kosten – vor allem dann, wenn Ausfälle spät erkannt oder Wartungsintervalle pauschal und unabhängig vom Anlagenzustand geplant werden. Beckhoff integriert ein leistungsstarkes Condition Monitoring deshalb direkt in die Steuerungsplattform: Schwingungen von Lagern, Getrieben oder Generatoren werden über EtherCAT-Messtechnikklemmen erfasst und zusammen mit Betriebsdaten wie Temperatur, Druck, Leistung oder Drehzahl ausgewertet.
Sie erhalten ein transparentes Anlagenbild: Rohdaten werden zeitsynchron übertragen und können mit TwinCAT Condition Monitoring analysiert – etwa über Spektralanalyse, statistische Kennwerte oder Grenzwertüberwachung – und für vorausschauende Wartung genutzt werden.
Die Vorteile auf einen Blick
- höhere Anlagenverfügbarkeit durch frühzeitige Erkennung kritischer Zustände
- weniger Fehlalarme durch kombinierte Auswertung von Mess- und Betriebsdaten
- einfache Nachrüstung durch flexible Erweiterung des EtherCAT-Strangs
- geringere Wartungs- und Systemkosten durch steuerungsintegrierte Diagnose
