圖1
圖1：螺旋進料器將沼氣運輸到發酵池中
來自德國羅森菲爾德的BSAutomatisierung GmbH可為機器制造領域中的加工和裝配設備以及可再生能源行業中的設備提供完整的自動化解決方案。他們為德國的蓋斯林根（Geislingen）的Bio-Energie Heuberg GmbH & Co. KG營業公司安裝了一個沼氣廠，采用的是Beckhoff自動化技術。Beckhoff自動化技術的主要應用于機器和工廠自動化的高科技應用領域。然而，Beckhoff具有廣泛的適用性，一些較簡單的任務，如沼氣廠的控制，實施起來毫不費力。
圖２
圖２：沼氣廠可輸出500 kW的電量。它利用生物能（如玉米穗青貯或液態肥）作為燃料供電。
該廠自2006年夏投入運營，已輸出500 kW的電量，它利用生物能（如玉米穗青貯或液態肥料）作為燃料供電。生物沼氣在兩個發酵池中溫度達到38.5°C（101.3°F）的情況下發酵。這時將生成可燃氣體（甲烷），及各種附屬產品，如二氧化碳、水和微量氣體（例如氫化硫）。氣體在綜合熱電廠中凈化后轉變成電能。
運營公司共連接了四個農場。沼氣廠局部分布于整個農場。發酵池及氣體凈化器分布在一個農場中，而氣體貯槽以及綜合熱電廠分布在另一個農場中。四名操作人員負責將生成的電能并入電網中。通過轉換為電能所產生的熱能用于為房舍和馬棚供暖以及木材干燥。這樣，綜合利用率可達80 %。“我們所面臨的一個挑戰就是，要將設備的所有部分與距離500米遠處的用戶相連。” BSAutomatisierung的軟件開發及實施經理Thomas Maier解釋道。“操作人員想要一臺與家庭網絡連接的基于PC的控制器，以便在那里就能夠監控設備并對其效率進行評估。另外一個挑戰就是集成原有設備。使用Beckhoff基于PC的控制器能夠將現有的總線系統集成入新設備中。此外，可以非常簡單地連接數據庫，作為評估的基礎。”
借助高科技實現與農場的連接
控制器的核心是安裝了Windows XP操作系統和TwinCAT 控制平臺的商用PC。它負責監控使用了Beckhoff總線端子模塊的設備的所有部分。原有設備中的控制器被替換為BX9000以太網總線端子模塊控制器。原有的電纜繼續被用在CANopen總線上，并連接到BX9000的SSB接口。SSB 是一種基于CANopen的子系統，用于連接外圍設備。設備的新部件使用Ethernet TCP/IP 和實時以太網通過光纜連接。“通過這種方式，我們能夠快速、安全地傳輸數據－即使距離很長。通過不同的總線耦合器將各種總線系統輕松集成入沼氣廠的整個系統及運營商網絡中。” Thomas Maier繼續解釋：“總線端子模塊系統中的端子模塊用于本地連接所有的傳感器和執行器。由于其模塊化I/O結構，我們能夠根據我們的具體要求，簡單、方便地裝配總線端子模塊系統。
圖３
綜合分布式過程參數
沼氣以每份約350 kg（約 772 lbs）進入發酵池。操作人員通過PC指定每天進入發酵池的沼氣量。在沼氣量及預定義的分量大小基礎上，程序計算每天所需的填充過程數，并對其進行初始化和監控。用磅秤稱出分量，螺旋進料器將沼氣運輸到發酵池中，然后用攪拌器進行充分混合。模擬量總線端子模塊從磅秤中獲取數據。KL3403三相電力測量端子模塊用于監控螺旋進料器及攪拌器電機的電力消耗情況。“如果螺旋進料器某個部分的電力消耗很高，說明某個地方被堵住了；而攪拌器的電力消耗則指示沼氣的黏性情況。如果沼氣太厚或太薄，則必須加入液態或固態沼氣。此外，工作環境的維護對優化發酵工藝至關重要。為此，使用 PT100 傳感器監控發酵池中的工作溫度，傳感器通過KL32022通道輸入端子模塊直接連接至總線系統中。”Thomas Maier補充道：使用種類豐富的Beckhoff總線端子模塊，我們能夠最佳連接所有數據點。甚至，綜合熱電廠中熱量計的測量數據（基于M-bus協議）可以便捷地通過串行總線連接，無需使用額外硬件。”
借助控制器提高設備效率
Beckhoff TwinCAT PLC自動化軟件用于監視和控制沼氣廠中的所有過程。Thomas Maier 解釋道：“系統通過 TwinCAT ADS接口與AWITE氣體分析儀通訊。可視化系統通過TwinCAT OPC連接。此外，TwinCAT支持以CSV文件的形式輸出過程數據，并提供 Excel和 Access 形式的數據，以供日后處理及存檔。在存儲的數據基礎上，操作人員能夠跟蹤沼氣的消耗量及發電量，以計算出效率，并在必要時通過控制加以干預。
沼氣廠的操作人員Albert Eberhart表明：“我們無論如何都必須避免設備故障停機。一旦出現故障停機，整個設備就必須經過一系列精密過程之后重新啟動。這種不必要的資源浪費會降低發酵質量。因此，安全故障信息系統是必不可少的。如果系統檢測到有故障，控制器會通過 SMS 將該故障信息直接發送到操作人員的手機上，或通過E-mail發送到PC上。”Thomas Maier 對沼氣廠的控制解決方案非常滿意，并對未來的發展潛力充滿期待：“通過我們成功的合作經驗，將來，我們還會將Beckhoff自動化技術應用于可再生能源領域及機械設備制造領域中的各種設備。”
