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Technik &Management

Technik &Management Leittechnik Funkbasierte Kommunikation im Wasserkraftwerk Für den Betrieb des Wasserkraftwerks Niederhausen muss der Pegel des angegliederten Stausees überwacht werden. Diese Messwerte sowie die Betriebszustände der Hochwasserund Grundwasserentwässerungspumpen werden per Funk und SHDSL-Modem andie räumlich entfernte zentrale Steuerung weitergeleitet. Jörg Brasas Nahe der rheinland-pfälzischen Gemeinde Niederhausen liegt ein Stausee mit einem Volumen von 800 000 Kubikmetern. An seinem Ufer stehen ein Wasserkraftwerk und eine Umspannanlage des RWE Konzerns in Essen. Betrieben werden die Anlagen von der RWE Deutschland AGund der RWE Power AG. Das Wasserkraftwerk beliefert rund 1400 Tarifkunden mit Strom. DasWasser desStauseeswirddurch einen760 MeterlangenOberwasserkanal zu zwei senkrecht angeordneten Kaplan-Turbinen im Kraftwerksgebäude geführt. Anschließend leitet der tiefer liegende Unterwasserkanal das Wasser zurück in die Nahe. Die Stromausbeute hängt vom Höhenunterschied zwischen Ober- und Unterwasserkanal ab. So sinkt die gewonnene Energiemenge, wenn derPegel im Unterwasserkanal bei Hochwasser steigt und somit die Höhendifferenz zum Oberwasserkanal abnimmt. Dieoptimale Durchflussmenge im Kanal beträgt etwa 45Kubikmeter proSekunde.Bei diesem Wertliefern die beiden Turbinen die größtmögliche Strommenge. Überwachungsstationen funken zum Mastermodul Der Stausee verfügt über eine Stauwehranlage, die die Zufuhr der Wassermenge in den Oberwasserkanal regelt. Um denzuverlässigen Betriebdes Kraftwerkssicherzustellen, muss derStauseepegel überwachtwerden. Dazu sinddie Messung des Wasserpegels sowie die Überwachung der Hochwasser- und Bild 1: Generatoren im Wasserkraftwerk Niederhausen Grundwasserpumpen erforderlich. Zur permanenten Kontrolle der Betriebszustände der Pumpen sowie des Pegels wurde rund um den Stausee ein Funksystem aufgebaut. Eine alternativ mögliche Kabellösung wäre zuaufwändig und zu teuer gewesen. Zentraler Punkt des Funksystems Trusted Wireless des Herstellers Phoenix Contact aus Bad Pyrmont ist einer der Wehrtürme. Im Gebäude befindetsichein Schaltkasten mit demMaster-Funkmodul,das an ein Profibus-Gatewayangekoppelt ist. Als Überwachungsstationen dienen ein Pegelmesshaus sowie drei Pumpenhäuschen. In den vier Bauwerken sind jeweils Funkmodule in Kombination mit analogen oder digitalen Ein- und Ausgabegerätenmontiert. Die Wireless- Komponenten übertragen die Signale an das Master-Funkmodul im Wehrturm. Im Pegelmesshaus wird die aktuelle Wasserhöhe des Seeskontinuierlich erfasst, sodass die Kraftwerks-Mitarbeiter schnell auf Veränderungen reagieren können. In der Vergangenheit musstensie die Datenmanuell an einer Pegeluhr ablesen, was zeitaufwändig war. In den Pumpenhäuschen werden im Fall desFallesdie Störmeldungen der Pumpen aufgenommen und ebenfalls perFunk an dasMaster-Modul im Wehrturmweitergeleitet. SHDSL-Modems zwischen Master-Funkmodul und Steuerung Da im Wasserkraftwerk Niederhausen ein Umbau der Leittechnik geplant ist, wurdedas Funksystembereits auf die Erfassung zusätzlicherSignale vorbereitet. Dazu zählt die Übertragung vonMotorströmen der Pumpen. Die Signale wer- 66 UmweltMagazin April-Mai 2012

Bild 2: Im Kraftwerksgebäude: Schaltschrank mit Steuerung und Profibus-SHDSL-Modem cription)-Gerätebeschreibungsdatei als Slave-Teilnehmer in das Profibus-DP- Netzwerk der Steuerung integrieren. Dabei könnenvordefinierte FunkstationenimFeld, die um anreihbareanaloge oder digitale Ein- und Ausgabemodule ergänzt worden sind, einfach in das Funksystem eingebunden werden. Die den imWehrturm aufgenommen und über das Profibus-Gateway direkt in das Profibus-Protokoll umgewandelt. Die Steuerungist jedochimrund 800Meter entfernten Kraftwerksgebäude installiert. Zur Verbindung von zentraler Steuerung und Profibus-Gateway griffen die Verantwortlichen auf eine vorhandene Kabelverbindung zurück, um Kosten zu sparen. Weil es sich umeine einfache Kupferleitung handelt, kann das Profibus-Signalnicht ohne weiteres über das Kabel ausgetauscht werden. Denn jenach Übertragungsgeschwindigkeit ist die Segmentlänge auf bis zu 100Meter begrenzt. Als kostengünstige Lösungbietetsich hier das Profibus-SHDSL-Modem von Phoenix Contact an.Ein Modemist dabei im Wehrturm verbaut und dort mit dem Profibus-Gateway gekoppelt. Das zweite Gerät befindet sich neben der Steuerung imSchaltschrank des Kraftwerksgebäudes (Bild 2).Die als Profibus- DP-Master fungierende Steuerung erfasst sämtliche inden Betriebsstätten anfallenden Signale. Sie ist über das SHDSL-Modem an ein Profibus-Gateway (Profibus-Slave) angebunden. Das im Schaltkasten des Wehrturms montierte Profibus-Gateway nutzt seine RS232-Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Master-Funkmodul aus der Produktfamilie RAD-Line Serial.Das Master-Funkmodul baut die Verbindung zu den vier entfernten Repeater/ Slave-Funkgeräte auf, wobei das System auf maximal zehn Wireless-Module erweitert werden kann. Mit der Trusted- Wireless-Technologie lassen sich bei freier Sicht Distanzen von typisch zwei Kilometern zwischen zwei Geräten überbrücken (Bild 3). Jedes Repeater-/ Slave-Funkmodul kann über die anreihbaren I/O-Erweiterungskomponenten Bild 3:Zwischen dem Pegelmesshaus und der Stauwehranlage mit den Wehrtürmen besteht eine Sichtverbindung. Indieser Fotomontage wurde die Wand des Pegelmesshauses optisch geöffnet, um das Funkmodul sichtbar zumachen. Signale aufnehmen und gleichzeitig Datenanweitere Funkteilnehmerübertragen. Die Repeater-Funktion ermöglicht die Überwindung größerer Entfernungen sowie das Umgehen von Hindernissen. Übertragungsgeschwindigkeit automatisch eingestellt Die Funklösung RAD-Line Serial-IO arbeitet im lizenzfreien 2,4-GHz-Frequenzband. Die Wireless-Module werden mit einer kostenfrei erhältlichen Software konfiguriert. Ein Assistent führtden Anwenderdurch die notwendigenArbeitsschritte.Das Gatewaylässt sich ebenfalls mit geringem Aufwand über seine GSD (General Station Des- Profibus-Übertragungsgeschwindigkeit bis 12MBit/s wird automatisch –also ohne Konfiguration –eingestellt. Die Auswahl der Profibus-Adresse des Gateways erfolgt über DIP-Schalter. „Die Konfiguration und Inbetriebnahme der RAD-Line-Funkmodule, des Profibus-Gateways sowie des SHDSL- Modems gestaltete sicheinfach“, erklärt Bernhard Beicher von der RWE Power AG aus Bernkastel-Kues, der für die Inbetriebnahme zuständig war. Dipl.-Ing. Jörg Brasas, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont, jbrasas@phoenixcontact.com Bilder (3): Phoenix Contact Electronics UmweltMagazin April-Mai 2012 67

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