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01 Das Heizkraftwerk Aubrugg steht mitten im Autobahnkreuz Zürich-Ost und ist mit seinem markanten Kamin von weither sichtbar

Netzwerküberwachung in der Fernwärmeversorgung für Zürich

02 In der Anlage Aubrugg wird mit zwei fossil befeuerten Heizkesseln die Spitzenlastenergie für das Fernwärmenetz der Stadt Zürich erzeugt

03 Die Netzwerk-Management-Software Sinema Server von Siemens erkennt nicht nur die eigenen Geräte, sondern auch die von Fremdherstellern und unterstützt die industrieüblichen Kommunikationsprotokolle

04 Nach einer Einführung durch Siemens hat Sasa Stevanovic, Betriebselektriker und Projektverantwortlicher bei ERZ, die Konfigurierung der Netzwerküberwachung mit Sinema Server quasi im Alleingang durchgeführt

Die Stadt Zürich hat das Heizkraftwerk Aubrugg vor einiger Zeit um ein Holzheizkraftwerk erweitert. Zur Verbesserung der Verfügbarkeit der Anlage und damit der Versorgungssicherheit des Fernwärmenetzes entschied sich die Betriebsgesellschaft ERZ für eine automatische Überwachung des Kommunikationsnetzwerks. Diese basiert auf Komponenten und Lösungen aus dem Haus Siemens.

Inmitten des Autobahnkreuzes Zürich-Ost ist das Heizkraftwerk Aubrugg gelegen (Bild 1). Der markante Industriebau mit seinem imposanten Kamin ist Teil des ökologisch-nachhaltigen Energiekonzepts der Stadt Zürich. Das 2010 in Betrieb genommene Holzheizkraftwerk wurde in die bestehende Anlage integriert, die seit 1977 mit zwei fossil befeuerten Heizkesseln (Bild 2) die Spitzenlastenergie für das Fernwärmenetz der Stadt Zürich liefert. Die energetische Nutzung von einheimischem Holz leistet einen Beitrag zur Produktion von nachhaltiger CO 2 -neutraler Wärmeenergie. Das Holzheizkraftwerk produziert jährlich 104 GWh Wärme und ersetzt damit einen großen Teil der fossilen Energieträger Öl und Gas. Zusätzlich werden mit einer 11-MW-Dampfturbine rund 38 GWh Strom erzeugt. Dessen Vermarktung erfolgt unter dem Ökostrom-Label. Durch die Nutzung der Abdampfwärme nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung wird die Energieausnutzung der Anlage zusätzlich gesteigert. Das Heizkraftwerk Aubrugg produziert Spitzenlastenergie für das Fernwärmesystem „Zürich Wärme“. Die Grundlast wird durch die Kehrichtverbrennungsanlage Hagenholz geliefert. Das 150 km lange Fernwärmenetz versorgt in den Regionen Zürich Nord, im Hochschulquartier sowie in Teilen der Gemeinden Wallisellen und Opfikon rund 20.000 Wohnungen, Geschäftsliegenschaften und öffentliche Gebäude mit Heizwärme und Energie für die Warmwasseraufbereitung.

Versorgungssicherheit an erster Stelle
Für die Fernwärmeabnehmer stehen die ökologische Energieproduktion und vor allem die Versorgungssicherheit im Vordergrund. Durch die Redundanzen der Wärmeproduktion und die verschiedenen zur Verfügung stehenden Primärenergiequellen wird ein Teil dieses Risikos vermindert. Was aber, wenn das „Nervensystem“, das heißt, das Kommunikations-Netzwerk der Anlage, streikt? Im Zuge der Modernisierung des Heizkraftwerks im Jahr 2010 wurden die verschiedenen Steuerungen der Anlage und die Gebäudeleittechnik sowie dezentrale Feldgeräte in ein Industrial Ethernet eingebunden. Die Basis dafür bildet ein Glasfasernetz in Ringtopologie. Die Anbindung erfolgte mit verschiedenen Industrial- Ethernet-Switchen Scalance X von Siemens. Konkret kamen im Heizkraftwerk Aubrugg die Typen Scalance X204 im Feld, X308 in den Schränken (Bild 3) und X324 im Relaisraum (19-Zoll-Format) zum Einsatz. Sie haben eine redundante Spannungsversorgung und eignen sich für den lüfterlosen Einsatz bei hohen und tiefen Temperaturen sowie bei Vibrationen. Es handelt sich um sogenannte Managed-Switche. Der Zugriff erfolgt über eine IP-Adresse. Sie sind zudem „ringtauglich“, das heißt, der Ausfall eines Switches hat keine Auswirkung auf andere Switche im Netzwerk. Durch die Ausdehnung und die Komplexität der gesamten Anlage entstand in Aubrugg ein Netzwerk von insgesamt 14 km Länge mit mehr als 100 Switchen. Um die Sicherheit und Zuverlässigkeit dieses Netzwerks zu erhöhen, entschieden sich die Verantwortlichen der Betriebsgesellschaft ERZ im Jahr 2013 für eine Netzwerk- Management-Software.

Dass die Wahl hierbei auf Sinema Server von Siemens fiel, begründet Sasa Stevanovic (Bild 4), Betriebselektriker und Projektverantwortlicher bei ERZ, wie folgt: „Da wir mehrheitlich Siemens-Steuerungen in unserer Anlage einsetzen, ist somit die Durchgängigkeit von den Switchen über die Steuerung bis zu den angesteuerten Komponenten garantiert.“ „Sinema“ steht für Simatic-Network-Manager. Mit der Version 12 der Netzwerk-Management-Software lassen sich maximal 500 Geräte pro Sinema-Server-Station überwachen. Jeder Sinema-Server kann zudem den Status von bis zu 100 anderen Sinema-Servern im Netzwerk anzeigen. Insgesamt erlaubt dies ein Monitoring von bis zu 50.000 Netzwerkteilnehmern. Die angeschlossenen Komponenten werden per SNMP (Simple Network Management Protocol) oder Profinet-Geräte per DCP (Device Control Protocol) automatisch erkannt. Für Scalance-Netzwerkkomponenten steht eine erweiterte Detaildiagnose zur Verfügung. Die Report-Funktion informiert die Produktionsleitung über Performanz und Kapazitäten des Netzwerks und schafft damit die Grundlage für eine gezielte Steuerung und Planung der Netzwerkinfrastruktur.

Einfache Konfiguration umfangreicher Netzwerktopologien
Zu Beginn musste die Software für das bestehende Netzwerk konfiguriert und die Netzwerktopologie mit allen vorhandenen Switchen, Steuerungen und Feldgeräten abgebildet werden. Bei mehr als 100 Switchen klingt das nach viel Aufwand und einem Engineering, das sehr viel Fachwissen erfordert. S. Stevanovic klärt auf: „Nach einer Einführung vor Ort konnte ich – ohne besondere Vorkenntnisse – die ganze Konfigurierung der Netzwerküberwachung mit einem Zeitaufwand von rund zwei Wochen selbstständig realisieren.“ Die Installation und Inbetriebnahme von Sinema Server verläuft nach dem Plug-and-play-Prinzip schnell und selbsterklärend. Die Bedienung der Software wurde benutzerfreundlich gestaltet. Mehrere Anwender können gleichzeitig mit einem Webbrowser von überall auf die Sinema-Server- Daten zugreifen. Dabei ist die Topologie von industriellen Netzwerken in der Regel komplizierter und heterogener als beispielsweise im Bürobereich. Es gibt viele Spezialanwendungen auf PC, Embedded-Systeme für die Bedienung und Überwachung, speicherprogrammierbare Steuerungen, Peripheriegeräte, Antriebstechnik und Sensorik. Trotz mehrheitlicher Verwendung von Siemens-Steuerungen sind auch bei der Anlage Aubrugg spezielle Komponenten unterschiedlicher Hersteller im Einsatz. Die Software erkennt mittels „Autodiscovery“ unter anderem auch Geräte von Fremdherstellern und unterstützt die industrieüblichen Kommunikationsprotokolle.

Überwachung und Dokumentation des Netzwerks
Sinema Server wurde speziell für die kontinuierliche Überwachung von industriellen Kommunikationsnetzwerken wie Industrial Ethernet, etwa Profinet, welche die Anlagenbediener sowie das Wartungs- und Servicepersonal effizient unterstützen. In vorgegebenen Intervallen wird das gesamte Netzwerk gescannt und jede Veränderung im Netzwerk und den darin enthaltenen Komponenten identifiziert. Dadurch können Netzwerkprobleme schnell erkannt und Stillstände oder Fehlfunktionen innerhalb der Anlage behoben werden. Neben der Überwachungsaufgabe lässt sich die Netzwerk- Management-Software für die Dokumentation des Geräteinventars und der Netzwerkverfügbarkeit einsetzen.

Höhere Verfügbarkeit der Heizkraftanlage
Daraus resultieren weniger netzwerkbedingte Stillstandzeiten und eine höhere Verfügbarkeit der Produktionsanlagen des Heizkraftwerks. Dies gibt den Fernwärmeabnehmern mehr Sicherheit. S. Stevanovic denkt bereits über eine Erweiterung der Überwachungsfunktionen nach: „Wir möchten das System künftig auch im Bereich der Arbeitssicherheit einsetzen. Unser Instandhaltungspersonal könnte dann bei einem Unfall oder anderen Problemen in den weitläufigen Rohrkanälen des Fernwärmenetzes schneller geortet werden.“ (ih)

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Autor:
Andreas Gebhart ist in der Siemens-Division Digital Factory/Process Industries and Drives als Product Manager Automation Systems
tätig. andreas.a.gebhart@siemens.com