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01 Technikcontainer für Biogasanlagen von 75 kW bis 250 kW

Automatisierungskonzept für Biogasanlagen

02 Übersichtsbild der Visualisierung basierend auf Atvise

03 Maik Vaske ist Verfahrensingenieur für den Bereich Projektierung Automatisierungstechnik bei Biogas Weser Ems (BWE)

04 Topologie des Automatisierungskonzepts

Biogasanlagen spielen für die Energiewende eine immer wichtigere Rolle. Zu den Spezialisten der ersten Stunden auf diesem Gebiet gehört Biogas Weser Ems (BWE) aus Friesoythe. Um flexibler auf die Marktanforderungen reagieren zu können, hat das Unternehmen ein neues Automatisierungskonzept entwickelt, welches auf Steuerungstechnik von Beckhoff und den HMI/Scada-System Atvise von Certec aufbaut.

Biogasanlagen erzeugen aus biologischer Masse durch Gärprozesse Biogas. Als Nebenprodukt wird ein als Gärrest bezeichneter Dünger produziert. Bei den meisten Biogasanlagen wird das entstandene Gas vor Ort in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) zur Strom- und Wärmeerzeugung verwendet. Die ersten Biogasanlagen wurden bereits im Jahr 1997 geplant und gebaut. Mit der Novellierung des Energie-Einspeisegesetzes 2004 sind Biogasanlagen noch attraktiver gewonnen. Es begann ein starker Boom in der Branche. Die im Jahre 2000 gegründete Firma BWE hat sich bereits frühzeitig für diese Technologie spezialisiert und hat von der Planung, Berechnung bis zur Komplettrealisierung mit dem Service einen Rundumservice im Angebot. 2006 erweiterte das Unternehmen ihr Angebot auf Großanlagen mit sogenannten Biogasparks. Es begann damit auch die Internationalisierung des Unternehmens. Seit 2012 werden auch kleine „Hofkraftwerke“ von 75 kW bis 250 kW in Containerbauweise angeboten.

Biogasanlagen für alle Anforderungen
Auch bei den Hofanlagen wird aus hauptsächlich aus Gülle + Mist Energie und Wärme gewonnen. Das Abfallprodukt – die Reste der Gärung – dienen ebenfalls als Dünger. Das Konzept ist also wie bei den großen Anlagen. Die Vergärung läuft im innen liegenden Fermenter; das Gärrestelager liegt dabei im äußeren Ring. Ein Konzept „Behälter im Behälter“ lässt die Anforderungen an Platz und Kosten schrumpfen. Die gesamte Technik wird in einen Container gebaut. Dieser wird im Unternehmen komplett vormontiert und getestet. Damit verringern sich die Inbetriebnahme-Kosten um ein Vielfaches. Diese Anlagen sind damit ideal für den Export geeignet (Bild 1). Mit dem sich abzeichnenden Wandel in dem Marktsegment der Biogasanlagen vertreibt das Unternehmen seit 2012 drei unterschiedliche Konzepte. Die kleinen Hofanlagen bis 250 kW, mittelgroße Anlagen zwischen 250 kW und 800 kW und Großanlagen in Biogasparks.

Variables Automatisierungskonzept
Ende 2012 stellte BWE die Weichen für eine moderne und variable Automatisierungskonzeption und passte sich damit an die neuen Marktanforderungen und Technologien an. In der Steuerungsebene kommen nun Controller von Beckhoff zum Einsatz. Die Basis für die Kleinanlagen der neuen Anlagengeneration stellen die Embedded-PC CX 5020 sowie die webbasierte HMI-Lösung Web MI2 Ads von Certec, die in Deutschland von Videc vertrieben wird. Grund für diesen Schritt waren die Modularität und das Preis-Leistungsverhältnis im Produktspektrum, sowie das anwenderfreundliche Programmieren mit Twincat (Bild 2). Eine wichtige Rolle spielt auch der integrierte Atvise-Webserver und die Kommunikation über OPC UA mit der Möglichkeit, die Objektstrukturen im HMI/Scada-System abzubilden. Das webbasierende HMI Atvise ist eine flexible Lösung. Mit dieser Auswahl an Produkten lassen sich die Anforderungen der unterschiedlichen Anlagengrößen bedienen.

Das Engineering setzt für alle Anlagengrößen jeweils auf eine Plattform auf. Die Webfähigkeit des HMI Systems ermöglicht einen schnellen Zugriff bei Störungen oder Meldungen, auch wenn sich die Endanwender nicht immer im direkten Anlagenumfeld aufhalten. „Man muss sich nicht auf bestimmte mobile Zielgräte festlegen, sondern kann vorhandene Geräte beim Endkunden verwenden“, nennt Maik Vaske, Ingenieur für Energieeffizienz und zuständig für den Bereich Projektierung Automatisierungstechnik, als weiteren Vorteil (Bild 3). „Diese müssen lediglich über einen Internetzugang und einen handelsüblichen Browser auf dem Betriebssystem verfügen.“ (Bild 4) Grafisch ist Advise ansprechend und die Verwendung von vektorisierten SVG-Grafiken macht die Applikationen von der Auflösung unabhängig. Selbst bei stärkster Vergrößerung bleibt eine Pixelbildung im Browser aus und die Elemente sind stets hochauflösend. Vektorgrafiken kommen zudem mit einem Minimum an Speicher aus. Selbst bei umfangreichen Bildern mit vielen Objekten im Bereich HMI Scada ist die Speicheranforderung sehr gering. „Wir haben damit ein optimales Kleinkonzept für unsere kleineren Hofanlagen und können die gleichen Bilder und Objekte in sämtlichen anderen Anlagen verwenden. Das gilt sowohl für die SPS Technologie, als auch für den Bereich HMI Scada,“ schließt M. Vaske an.

Web und Ethernet als Standard
Es ist schon fast kein Trend mehr sondern eher ein akzeptierter Standard, sich herstellerunabhängig im Markt bewegen zu können. Diese Option beim Visualisieren erreicht man einfach mit einem Web-Standard. Das gilt auch für die Hardwareseite beim Client, womit ein Tausch mit sehr geringen Anpassungsoptionen einfach zu realisieren ist. Auch SPS gibt es heute kaum noch ohne Webserver. Bei der HMI-Lösung ist die Besonderheit, dass die Visualisierung auf der SPS und auf dem Windows Server laufen kann. Weiterhin vereinfacht das Ethernet die gewählte Konzeption, da die Daten ereignisgesteuert bei geringer Netzlast übertragen werden können. So wird auch die Übertragung über das Mobilfunknetz schnell und effektiv. Die Sicherheit gewährleistet eine gesicherte VPN Verbindung sowie ein zusätzlicher Passwortschutz.

Fazit
Mit der gewählten Lösung wird ein 24-Stunden-Zugriff über eine feste IP-Nummer von Zuhause ermöglicht. „Unsere Kunden und auch wir sind zufrieden mit dieser Lösung“, resümiert M. Vaske. Dies liegt auch an der Flexibilität: „Anregungen für kleinere Details lassen sich unmittelbar ins Projekt implementieren“, schließt er ab. „Unser Konzept hat Zukunft und es wurde nicht nur auf Technologie, sondern auch auf Kosten sowie einen guten technischen Support Wert gelegt.“

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Autor:
Dipl.-Ing. Dieter Barelmann ist Geschäftsführer der Videc GmbH in Bremen. dbarelmann@videc.de