A A A
| Sitemap | Kontakt | Impressum | Datenschutz
ETZ Logo VDE Verlag Logo

Funk-Kommunikation in einer Kraftwerks-Kläranlage

01  Mit einer elektrischen Bruttoleistung von 4 400 MW ist das RWE-Kraftwerk Neurath das größte Braunkohlekraftwerk Deutschlands

01  Mit einer elektrischen Bruttoleistung von 4 400 MW ist das RWE-Kraftwerk Neurath das größte Braunkohlekraftwerk Deutschlands

02  Die kraftwerkseigene Kläranlage mit vier Rundräumer-Absetzbecken reinigt das Prozessabwasser, bevor dieses dem Prozess wieder zugeführt oder in die Erft eingeleitet wird

02  Die kraftwerkseigene Kläranlage mit vier Rundräumer-Absetzbecken reinigt das Prozessabwasser, bevor dieses dem Prozess wieder zugeführt oder in die Erft eingeleitet wird

03   Der zuständige Projektleiter Stefan Strasser ist in der Abteilung für Technische Dienstleistungen von RWE Power kraftwerksübergreifend tätig

03   Der zuständige Projektleiter Stefan Strasser ist in der Abteilung für Technische Dienstleistungen von RWE Power kraftwerksübergreifend tätig

04  Das Master-Modul des Radioline-Systems lässt sich modular um bis zu 32 IO-Module ausbauen

04  Das Master-Modul des Radioline-Systems lässt sich modular um bis zu 32 IO-Module ausbauen

05   Die vier Steuerschränke für die Rundräumer sowie der zentrale Übergabeschrank zur Leittechnik sind in einer Werkstatt auf dem Kraftwerksgelände erstellt worden

05   Die vier Steuerschränke für die Rundräumer sowie der zentrale Übergabeschrank zur Leittechnik sind in einer Werkstatt auf dem Kraftwerksgelände erstellt worden

Das vom RWE-Kraftwerk Neurath erzeugte Prozessabwasser wird in der kraftwerkseigenen Kläranlage aufbereitet, bevor es geklärt wieder dem Prozess zugeführt wird oder als überschüssiges Wasser in die Erft fließt. Funktechnologie und weitere Komponenten von Phoenix Contact tragen zu einem flexiblen und zuverlässigen Betrieb der Anlage bei.

Die RWE Power AG betreibt im Süden der Stadt Grevenbroich das Kraftwerk Neurath. Mit einer elektrischen Bruttoleistung von 4 400 MW handelt es sich um das größte Braunkohlekraftwerk Deutschlands und das zweitgrößte Europas. Neben den fünf Kraftwerksblöcken des Bestandskraftwerks, die in der Zeit von 1972 bis 1976 in Betrieb genommen wurden, gingen 2012 die beiden BOA-Blöcke ans Netz. Die Blöcke mit optimierter Anlagentechnik haben einen Wirkungsgrad von 43 % und können durch ihre hohe Flexibilität ihre Leistung innerhalb von 15 min um mehr als 500 MW senken oder erhöhen (Bild 1).

Umfassende Modernisierung
Die auf dem Gelände des Kraftwerks Neurath befindliche Kläranlage mit vier Rundräumer-Absetzbecken reinigt das Prozessabwasser, bevor dieses dem Prozess wieder zugeführt wird. Überschüssiges Wasser wird punktuell nach erfolgter Klärung in die Erft eingeleitet (Bild 2). Die RWE Power AG hat die eigene Kläranlage im Jahr 2014 umfassend modernisiert. „Im Rahmen der Erneuerung der Elektro- und Leittechnik der Kläranlage ist die bislang als Blackbox-System autark arbeitende Steuerung abgelöst und in die Leittechnik Procontrol P14 von ABB integriert worden. Dies wurde im Zuge der Block-Flexibilisierung notwendig“, berichtet Stefan Strasser als zuständiger Projektleiter, der in der Abteilung für Technische Dienstleistungen von RWE Power kraftwerksübergreifend tätig ist (Bild 3). „Procontrol steuert die gesamten Nebenanlagen des Kraftwerks, wozu unter anderem auch das Zündöl-Pumpenhaus und das Feuerlösch­system gehören.“
Beim Umbau stand ein Ziel im Vordergrund: Die Kläranlage, die bis dato ausschließlich vor Ort bedient werden konnte, sollte zusätzlich über einen Fernsteuerbetrieb verfügen. Dafür mussten alle Kläranlagenbereiche auf den Monitoren der Zentralwarte des Kraftwerks visualisiert und Prozessabläufe in Echtzeit dargestellt werden.
„Wegen der permanenten Drehbewegung der Rundräumer und der begrenzten Anzahl von Schleifringen konnten wir das wartungsanfällige Schleifringpaket nicht für die Übertragung der Rückmeldungen und Steuer­befehle verwenden“, so S. Strasser. Deshalb suchten er und seine ­Kollegen nach einer Kommunikations­lösung, die robust genug ist, um den Anforderungen des Kraftwerksbetreibers an die hohe Verfügbarkeit sämtlicher Anlagenteile gerecht zu werden. S. ­Strasser erläutert: „Da wir bereits vom erfolgreichen Einsatz des Funksystems Radio­line auf dem Gelände anderer RWE-Kraftwerke wussten, haben wir uns an Phoenix Contact gewendet. In einer Vor-Ort-­Begehung nahmen die Mitarbeiter des Blomberger Unternehmens dann eine Funkausleuchtung unseres Geländes vor, sodass sie die Signal­stärke sowie die Zuverlässigkeit der Datenübertragung bewerten konnten.“

06  Netzteile der Produktfamilie Quint zur Wandlung der Spannungen sowie ein aktives Redundanzmodul sorgen für eine hohe Anlagenverfügbarkeit

06  Netzteile der Produktfamilie Quint zur Wandlung der Spannungen sowie ein aktives Redundanzmodul sorgen für eine hohe Anlagenverfügbarkeit

07  An der Gegenstelle auf dem Pumpenhaus befinden sich insgesamt vier Richtantennen, die unabhängig von der aktuellen Stellung der Rundräumer eine optimale Signalstärke sicherstellen

07  An der Gegenstelle auf dem Pumpenhaus befinden sich insgesamt vier Richtantennen, die unabhängig von der aktuellen Stellung der Rundräumer eine optimale Signalstärke sicherstellen

Industriespezifische Wireless-Technologie
Das Radioline-System basiert auf der von Phoenix Contact entwickelten Funktechnologie Trusted Wireless 2.0. Sie wurde speziell für die industrielle Nutzung konzipiert und eignet sich hier insbesondere zur drahtlosen Weiterleitung von Sensor- und Aktor-Informationen sowie zum Austausch geringer bis mittlerer Datenmengen in ausgedehnten Anlagen. Bei freier Sicht können Distanzen von mehreren hundert Metern bis zu einigen Kilometern zwischen zwei Funkteilnehmern überbrückt werden.
Das FHSS-Verfahren (Frequency Hopping Spread Spectrum) sorgt dabei für eine robuste Kommunikation. Denn die bis zu 127 Kanäle des Frequenzbands werden auf Basis eines pseudo-zufälligen Musters durchsprungen. Automa­tische und manuelle Koexistenz-Mechanismen stellen außerdem einen zuverlässigen Parallelbetrieb verschiedener Funksysteme sicher. Das gilt für mehrere Radioline-Lösungen, die in unterschiedlichen RF-Bändern betrieben werden, wie auch für WLAN-Systeme, deren verwendete Kanäle sich durch ein Black Listing gezielt ausblenden lassen.
Sicher wird die Datenübertragung durch eine 128-bit-Verschlüsselung, weshalb theoretisch mitgehörte Datenpakete nicht verstanden werden. Darüber hinaus kontrolliert eine Integritätsprüfung die Echtheit des Senders und verwirft veränderte Nachrichten. Eine proprietäre Technologie erweist sich schon aus dem Grund als besser vor Angriffen geschützt, weil ihr Protokoll nicht öffentlich zugänglich ist. Trusted Wireless 2.0 zeichnet sich ferner durch ein dezentrales Netzwerk-Management aus, weswegen die Daten schneller weitergeleitet werden. Zudem stehen umfangreiche Diagnoseeigenschaften zur Verfügung. Und schließlich ist der Aufbau flexibler Netzwerkstrukturen mit einem ­automatischen Verbindungsmanagement möglich.

Modulare Erweiterbarkeit
Das Master-Modul des Radioline-Systems, das mit verschiedenen Antennen ausgestattet werden kann, lässt sich modular um bis zu 32 IO-Module ausbauen (Bild 4). Ein weiter Temperaturbereich von – 40 °C bis 70 °C erlaubt vielfältige Einsatzmöglichkeiten in rauer Industrieumgebung. Nachdem sämtliche Tests positiv abgeschlossen wurden, begannen die Mitarbeiter von RWE Power unterstützt von Phoenix Contact mit der Planung der Funkübertragungsstrecken. Jeder der vier Rundräumer sollte ein eigenes Funksystem erhalten. Der zentrale Übergabeschrank zur P14-Leittechnik ist im Pumpenhaus der Kläranlage platziert. Außerdem mussten viele Signale unterschiedlicher Spannungsebenen mittels Optokoppler potentialfrei übertragen werden.
Nach Abschluss der Planungsphase wurde das Projekt öffentlich ausgeschrieben und von der SAG GmbH gewonnen. Der Service- und Systemlieferant aus Köln erstellte in einer Werkstatt auf dem Kraftwerksgelände die vier Steuerschränke für die Rundräumer sowie den zentralen Übergabeschrank zur Leittechnik (Bild 5). Anschließend wurden die Edelstahl-Schaltschränke in Schutzart IP65, die aufgrund des Outdoor-Betriebs zum Schutz gegen Kondenswasserbildung mit einer Heizung ausgestattet sind, in der Kläranlage installiert.
Bei hoch verfügbaren Anlagen spielt insbesondere die redundante Stromversorgung eine wichtige Rolle. „Neben den Netzteilen der Produktfamilie Quint zur Wandlung der Spannungen nutzen wir ein aktives Redundanzmodul der gleichen Baureihe, sodass der Ausfall eines Netzteils nicht zum Stillstand der ganzen Anlage führt“, berichtet S. Strasser (Bild 6). Die integrierte ACB-Technologie lastet das Gerät gleichmäßig aus, was seine Lebensdauer verlängert. „Durch die perma­nente Überwachung von Eingangsspannung, Ausgangsstrom und Entkoppelstrecke trägt das Redundanzmodul maßgeblich zur hohen Verfügbarkeit der Anlage bei“, fährt S. Strasser fort.

Optimale Signalstärke
Die Steuerschränke auf den Rundräumern bewegen sich fortlaufend auf einer Kreisbahn und sind daher jeweils mit einer Rundstrahlantenne ausgerüstet. An der Gegenstelle auf dem Pumpenhaus befinden sich insgesamt vier Richtantennen (Bild 7). Auf diese Weise wird eine optimale Signalstärke erzielt – unabhängig von der aktuellen Stellung der Rundräumer. Zur Absicherung der Antennenanlage haben die Mitarbeiter von RWE Power mit den Steuerschränken auch Überspannungsschutzelemente von Phoenix Contact verbaut, um eine möglichst hohe Verfügbarkeit sicherzustellen. Wegen ihrer geringen Dämpfungswerte stören sie die Signalübertragung zwischen den Funkteilnehmern nicht.
„Die Inbetriebnahme der Radioline-Module hat sich als wirklich einfach erwiesen“, schließt S. Strasser ab. „Wir mussten die Funkmodule lediglich über ein Rändelrad am Gerät einander zuordnen. Ein digitaler Eingang wird also auf die gleiche Zahl eingestellt wie der zugehörige digitale Ausgang. Und schon werden die Signale ohne jegliche ­Programmierung richtig in der Anlage verteilt. Nach einer Freischaltung und erneuten Inbetriebnahme der Spannungsversorgung finden sich die Funkteilnehmer binnen weniger Sekunden automatisch wieder. Diese intuitive Handhabung hat uns ebenso begeistert wie die unterstützende Tätigkeit von Phoenix Contact.“ (mh)

Karsten Natus ist in der Abteilung Industrie­management Energie für die Phoenix Contact Deutschland GmbH in Blomberg tätig. knatus@phoenixcontact.com

Karsten Natus ist in der Abteilung Industrie­management Energie für die Phoenix Contact Deutschland GmbH in Blomberg tätig. knatus@phoenixcontact.com