Wellenbewegungen im Meer enthalten hydrokinetische Energie. Und davon eine beachtliche Menge: Nach Angaben des Ocean Energy Council setzt eine Welle, die auf einer Länge von einer Meile entlang der Küste bricht, knapp 36.000kW an Leistung frei. Mit sogenannten Wellenenergiekonvertern, die im Meeresboden verankert werden, lässt sich das Potenzial nutzen. Sie wandeln die Energie in Strom um und transportieren ihn dann über ein Kabel zur Küste. Marcus Lehmann, der Gründer und CEO von CalWave arbeitet seit 2012 an seiner Version für erneuerbare Energie: dem Wellenenergiekonverter xWave. Mit an Bord ist die Automatitechnik von Bachmann Electronic.
Modellbasierte Entwicklung
Calwave entschied sich für den Ansatz der modellbasierten Entwicklung mit Simulink. So konnte das Unternehmen bereits anhand des Simulationsmodells die wechselseitigen Beeinflussungen der Wellen mit den mechanischen und elektrischen Komponenten exakt untersuchen. Parallel dazu wurden in Simulink auch die Regelungsalgorithmen, die Signalverarbeitung sowie der Zustandsautomat für die Maschine entworfen. Dies ermöglichte es, die komplette Regelung der finalen Maschine in der Simulation zu testen und einen Proof of Concept durchzuführen, noch bevor die ersten realen Komponenten verfügbar waren. Mit M-Target for Simulink ließen sich in Folge die Software-Applikationen für das Bachmann-Steuerungssystem direkt aus Simulink heraus generieren und anschließend parallel zu den weiteren C++-Programmen abarbeiten. Innerhalb des Steuerungs- und Regelungsprogramms wurden die Sensor- und Aktorsignale direkt über die Bachmann-Hardwareblöcke angebunden. Auch der über Ethercat verbundene Antriebsstrang bis hin zum Trigger eines Mailservers waren im Simulink-Modell integriert.
Macht flexibler: Teilapplikationen kapseln
Um möglichst flexibel zu sein, wurde das Simulink-Programm in einzelne Teilapplikationen gekapselt. Dazu wurden z.B. die Signalerfassung, die Maschinenregelung, der Zustandsautomat und die Signalausgabe in eigene Referenced Models gekapselt und einzeln abgenommen. Mit Hilfe des Model Builders, einem Block aus der M-Target-Bibliothek, ließen sich eigenständige Softwaremodule generieren und auf der MC220-CPU installieren. Diese Architektur erwies sich als entscheidender Vorteil. Sie ermöglichte es CalWave, durch Nachladen einer neuen Software beispielsweise den bestehenden Regelungskern durch eine neuere Variante zu ersetzen. Alle restlichen Software-Komponenten blieben von der Änderung unberührt. Die Anlage war dabei weiterhin in Betrieb, denn die Steuerung musste nicht neu gestartet werden.
Erste Langzeitversuch zur Nutzung von Wellenenergie
Einen halben Kilometer vor der Küste von San Diego startete das Unternehmen schließlich einen ersten Langzeitversuch zur Nutzung von Wellenenergie in Kalifornien. Dabei war es ein großes Anliegen, das System rund um die Uhr autonom in Betrieb zu halten. „Mit der Bachmann-Steuerung konnten wir mehr als 99 Prozent Verfügbarkeit des Gesamtsystems während des zehnmonatigen Pilotprojekts unter Realbedingungen erreichen“, erklärt Thomas Boerner, CTO bei CalWave. Während des Projekts seien keinerlei Eingriffe nötig gewesen.