Progettazione di armadi di controllo e assemblaggio di cablaggi presso Nordex
È possibile determinare con precisione tramite computer la lunghezza di un cablaggio posato all'interno di una torre eolica alta 120 metri e collegato direttamente a un armadio di controllo nella gondola? Sì, è possibile. Nordex, il quinto produttore mondiale di turbine eoliche, utilizza la piattaforma Eplan in modo estensivo e approfondito, e non solo per la progettazione dei cablaggi e dei fasci di cavi.
Solo in Germania le turbine eoliche producono circa 50 GW di potenza e le turbine del Gruppo Nordex svolgono un ruolo significativo in questo ambito. L'azienda opera in questo mercato in rapida crescita dal 1985 e figura tra i cinque maggiori produttori mondiali di turbine eoliche. Nell'aprile 2016, Nordex si è fusa con la divisione dedicata all'energia eolica del gruppo spagnolo Acciona. Il gruppo così costituito impiega attualmente oltre 4.800 dipendenti in tutto il mondo, ha realizzato un fatturato di circa 3,4 miliardi di euro nel 2016 e ha installato finora impianti con una potenza complessiva di 21 GW.
Una strategia basata su una piattaforma con una vasta gamma di opzioni
Nordex offre ai propri clienti due famiglie di turbine: la gamma di prodotti Nordex, utilizzata principalmente in Europa, e la gamma di turbine Acciona Windpower, molto richiesta al di fuori dell'Europa. Nel proprio mercato principale, quello europeo, Nordex si concentra sul segmento di volume onshore da 2,4 a 4,5 MW. In ogni fascia di potenza, i clienti ricevono turbine Nordex adattate in modo ottimale alle condizioni del vento.
Sono disponibili opzioni per velocità del vento basse, medie e elevate, diverse altezze della torre e diametri del rotore, sistemi antighiaccio, monitoraggio delle condizioni e funzionalità volte a migliorare le prestazioni. Dr. Klaus Faltin, Head of Electrical Drives & Design presso Nordex: "Offriamo da 15 a 20 opzioni per ogni serie. Quindi ci sono i diversi requisiti regionali, ad esempio per la connessione alla rete".
Produzione in serie moderna, anche per gli armadi di controllo
Le singole serie vengono realizzate in quantità di diverse migliaia di pezzi. Nordex è quindi un classico produttore in serie e ha convertito già in una fase iniziale i propri principali siti produttivi di Rostock alla produzione in serie ultramoderna. In questo stabilimento vengono prodotti sia gli alloggiamenti delle gondole e le pale del rotore, sia gli armadi di controllo, con circa 100 dipendenti impegnati in questa attività.
Su cinque linee di produzione, fino a 30 armadi per linea si spostano da una stazione all'altra su pattini, venendo gradualmente completati in grandi quantità. Wolfgang Conrad, ingegnere esperto: "Oltre a un armadio centrale, in ogni alloggiamento della gondola sono installati sette armadi decentralizzati e armadi di controllo per singole funzioni quali azionamenti di imbardata, azimutali e di inclinazione".
In questo contesto vengono utilizzati armadi Rittal. L'armadio di controllo centrale nella gondola è costituito, ad esempio, da due armadi di controllo TS8 della collaudata serie di sistemi Rittal, oltre che da apparecchiature di altri noti produttori.
"Vogliamo ottenere il massimo da Eplan"
Nordex utilizza la piattaforma Eplan e ha un obiettivo ben definito: i progettisti elettrici di Rostock stanno cercando di standardizzare il più possibile lo sviluppo e di mappare ogni minimo dettaglio, per quanto piccolo, all'interno della piattaforma Eplan.
Wolfgang Conrad: "Il nostro obiettivo è ottenere il massimo da Eplan e sfruttare al massimo le opportunità offerte dallo sviluppo e dalla produzione standardizzati". Ciò è già evidente dall'altissima qualità e dal livello di dettaglio delle distinte articoli e degli schemi elettrici. Tutti i componenti utilizzati, fino ai pezzi più piccoli come viti, dadi e rondelle, vengono acquisiti e assegnati automaticamente ai progetti.
Il vantaggio è dato dal fatto che eventuali incongruenze vengono individuate immediatamente: "Se un componente rimane non assegnato o non ha una collocazione, viene notato immediatamente poiché tutti i componenti sono collegati logicamente".
This also applies to the sheet metal processing required for the control cabinets. Development Engineer Enrico Durka: “Previously, production personnel used templates for the drilling patterns in Rittal control cabinets. Now we generate a drilling pattern from Eplan Pro Panel and send it as a DXF file straight to the processing machine”. This results in (internal) delivery times for drilled control cabinets being reduced from several weeks to times ranging from 48 hours to a maximum of one week.Ciò vale anche per la lavorazione della lamiera necessaria per gli armadi di controllo. Enrico Durka, Development Engineer: "In passato, il personale di produzione utilizzava delle dime per gli schemi di foratura negli armadi di controllo Rittal. Ora generiamo uno schema di foratura da Eplan Pro Panel e lo inviamo come file DXF direttamente alla macchina di lavorazione". Ciò comporta una riduzione dei tempi di consegna (interni) degli armadi di controllo forati da diverse settimane a tempi compresi tra 48 ore e un massimo di una settimana.
Eplan Pro Panel: posa 3D con preassemblaggio automatico dei conduttori
I progettisti elettrici di Nordex utilizzano inoltre in modo intensivo Eplan Pro Panel in combinazione con Eplan Smart Wiring. La base di questo processo è costituita dai dati provenienti dagli schemi di montaggio 3D e dalle informazioni sui collegamenti ricavate dagli schemi elettrici. Uno dei vantaggi derivanti da questo approccio è la determinazione della lunghezza dei cavi tramite un instradamento 3D di precisione. Viene quindi generato un record di dati elettronico che viene inviato all'assemblatore di cavi esterno.
Wolfgang Conrad: "Progettiamo nuovi armadi di controllo utilizzando esclusivamente Eplan Pro Panel e il modulo Smart Wiring. Questi strumenti garantiscono standard di qualità estremamente elevati e bisogna anche tenere presente che devono consentire di realizzare lavori di estrema precisione".
Posa dei cavi nelle torri e nelle gondole con Eplan Harness proD
L'esperienza positiva maturata con l'utilizzo di Eplan Pro Panel ha portato Nordex a compiere un secondo passo nella progettazione dei cablaggi, ovvero la posa dei cavi in un modello 3D verso la torre e dagli armadi di controllo alle utenze. È qui che entra in gioco Eplan Harness proD, che Nordex sta utilizzando in modo molto intensivo. Martin Richter, responsabile della progettazione dei cablaggi: "Il sistema di azionamento si trova al centro della gondola, quindi i cablaggi vengono instradati lungo i pannelli interni arrotondati. È quindi estremamente difficile determinarne le lunghezze". Ogni cavo è specificato in base a 16 parametri. Tra questi figurano origine/destinazione, punti di controllo e raggi di curvatura. Anche la posizione delle fascette e delle strisce di messa a terra è definita con precisione. "Di conseguenza, ora possiamo contare su una maggiore chiarezza e coerenza per quanto riguarda le lunghezze dei cavi, le varianti dei connettori, l'etichettatura e così via".
Sempre adatto: posa "all-inclusive"
Durante l'implementazione di Eplan Harness proD, i progettisti elettrici hanno messo alla prova alcuni campioni e hanno effettuato un confronto tra "uomini" e "macchine". Martin Richter: "Il compito consisteva nel misurare l'alloggiamento della gondola di un prototipo e determinare le lunghezze di 50 cavi che correvano lungo i pannelli. Due dipendenti del reparto produzione hanno impiegato un giorno per determinare le misure esatte.
Utilizzando Eplan Harness proD, non è stato necessario un tale dispendio di energie e ci è bastato solo un terzo del tempo per portare a termine l'attività". Questo risultato positivo è stato confermato in un test molto simile su un cablaggio per torre: "In questo caso, era necessario instradare 27 linee di cablaggio singole, ciascuna lunga circa 120 metri per fase. Eventuali errori di calcolo erano dell'ordine di pochi centimetri. I percorsi di posa si adattano sempre con precisione e non è necessario prevedere cavi aggiuntivi, nemmeno per cavi molto lunghi". Sulla base di questa esperienza, i progettisti di Nordex hanno iniziato a instradare i condotti dei cavi nella torre con un cablaggio da origine a destinazione direttamente verso gli armadi di controllo.
Obiettivo: la rappresentazione digitale di una turbina completa
Con la piattaforma Eplan, i progettisti elettrotecnici di Nordex si stanno avvicinando al loro obiettivo di digitalizzare l'intera turbina eolica. Dr. Klaus Faltin: "Quando disponiamo di un mock-up digitale del sistema sul computer, possiamo operare senza un prototipo reale ai fini della progettazione e realizzare direttamente un primo esemplare destinato alla produzione". Ciò è auspicabile poiché i sistemi stanno diventando sempre più complessi. Oggi, in un singolo sistema vengono già installati oltre 500 sensori e la tendenza continua ad aumentare.
In ogni caso, i dati Eplan sono già disponibili come base dettagliata. Wolfgang Conrad: "Lavoriamo con modelli di dati molto grandi, da 9 a 11 GB". Nordex mantiene inoltre un database completo dei componenti utilizzati. Tra questi ci sono modelli di dati 3D di Eplan Data Portal, che è in continua crescita e viene costantemente ampliato. I dati generati in Eplan dovranno essere utilizzati anche per scopi diversi dalla progettazione. Dr. Klaus Faltin: "In futuro utilizzeremo Eplan Viewer in modo ancora più intensivo, ad esempio direttamente sulla linea di produzione, e al momento stiamo conducendo una fase di test".