Communication sans fil dans le secteur de l'énergie hydraulique

Une solution facile à gérer et rentable

Générateurs dans la centrale hydraulique de Niederhausen

Générateurs dans la centrale hydraulique de Niederhausen

La surveillance du niveau du lac de retenue est un élément important du fonctionnement de la centrale hydraulique de Niederhausen. Les valeurs mesurées ainsi que les états de fonctionnement des pompes de drainage des eaux souterraines et des crues sont transmis à un module sans fil Maître situé dans l'une des tours, via le système sans fil Trusted Wireless.

De là, les données sont acheminées vers un automate central situé dans le bâtiment de la centrale via un modem SHDSL.

Application

La municipalité de Niederhausen, située dans la Rhénanie-Palatinat n'est pas uniquement caractérisée par son emplacement idyllique au coeur des vignobles. A proximité immédiate de cet endroit, vous pouvez découvrir également un lac de retenue d'un volume de 800 000 mètres cubes, le pôle d'attraction de nombreux sportifs amateurs et de personnes en quête de détente.

Outre cet aspect relaxant apprécié par la population, le lac de retenue joue un rôle essentiel dans l'alimentation en tension de la région du Hunsrück-Nahe. Car, ses rives ont vu apparaître une centrale hydraulique et un poste de transformation, qui font partie du groupe RWE d'Essen. Les équipements sont pilotés par la société RWE Deutschland AG et RWE Power AG.

Solution

La différence de hauteur détermine la quantité de courant générée

En 1926/1927, l'ancienne société par actions Rheinisch-Westfälische-Elektrizitätswerk a déplacé un poste de transformation 110/120 kW et une ligne double 110 kV de Coblence à Niederhausen. La municipalité a alors endossé un rôle central parce qu'à la même époque, une centrale hydraulique fut construite, et elle pouvait se combiner aisément avec le poste de transformation. Par conséquent, le producteur d'énergie injecta pour la première fois en 1928 du courant généré par les eaux de Niederhausen dans le réseau de distribution. 

La centrale hydraulique de Niederhausen compte encore parmi les plus grandes installations de la région de Hunsrück-Nahe-Rhin. Actuellement, elle approvisionne environ 1 400 clients contractuels en courant. Le lac de retenue joue un rôle essentiel dans la production d'énergie. Ses eaux sont acheminées via un canal de 760 mètres situé en amont, vers deux turbines Kaplan verticales, installées dans le bâtiment de la centrale. Le mouvement rotatif de l'arbre entraîne un générateur qui est relié aux turbines via deux axes verticaux. Ensuite, les eaux sont renvoyées dans la Nahe via le canal en aval qui se situe à une hauteur inférieure.

Le rendement en courant dépend de la différence de hauteur entre le canal en amont et le canal en aval. Ainsi la quantité d'énergie obtenue baisse si le niveau du canal en aval augmente suite à des crues, et que la différence de hauteur avec le canal en amont se réduit. Le débit optimal du canal est d'environ 45 mètres cubes par seconde. Avec cette valeur, les deux turbines fournissent la quantité de courant maximale.

Des postes de surveillance transmettent les signaux au module sans fil Maître

Le lac de retenue dispose d'un barrage qui régule l'acheminement de l'eau dans le canal en amont. Pour garantir le fonctionnement fiable de la centrale, il convient de surveiller le niveau du lac de retenue. Pour cela, la mesure du niveau d'eau ainsi que la surveillance des pompes des crues et des eaux souterraines sont nécessaires. Un système sans fil a été mis en place tout autour du lac de retenue afin d'assurer le contrôle permanent des états de fonctionnement des pompes et du niveau. Une possible solution filaire constituait une alternative trop onéreuse et compliquée. L'élément central du système sans fil Trusted Wireless de Phoenix est l'une des tours. Le bâtiment comprend un coffret de commande avec le module sans fil Maître, qui est raccordé à une passerelle PROFIBUS.

Une cabine de mesure de niveau ainsi que trois salles de pompe servent de postes de surveillance supplémentaires. Les quatre structures comptent chacune des modules sans fil montés en combinaison avec des appareils d'E/S analogiques ou numériques. Les composants sans fil transmettent les signaux au module sans fil Maître situé dans la tour. Le niveau d'eau actuel du lac est mesuré en permanence dans la cabine de mesure de niveau de sorte que les employés de la centrale puissent réagir rapidement en cas de variations. Par le passé, les données devaient être relevées manuellement sur un cadran de niveau, ce qui était très long. Les messages d'erreur des pompes sont actuellement pris en charge dans les salles des pompes et sont transmis par liaison sans fil au module Maître situé dans la tour.

Cabine de mesure de niveau et barrage avec les tours  

Visibilité directe entre la cabine de mesure de niveau et le barrage avec les tours

Le modem SHDSL PROFIBUS de Phoenix Contact constitue ici une solution rentable. Un modem est monté dans la tour et est raccordé à la passerelle PROFIBUS. Le deuxième appareil se trouve à proximité de l'automate Vipa dans l'armoire électrique du bâtiment de la centrale. L'automate Vipa, qui fonctionne comme un Maître PROFIBUS DP, enregistre tous les signaux survenant dans les bâtiments. Il est raccordé à une passerelle PROFIBUS (Esclave PROFIBUS), via le modem SHDSL. La passerelle PROFIBUS montée dans l'armoire électrique de la tour utilise son interface RS232 pour communiquer avec le module sans fil Maître de la gamme de produits RAD-Line Serial.

Le module sans fil Maître établit la connexion avec les quatre appareils sans fil éloignés Répéteur/Esclave, sachant que le système peut être étendu à maximum dix modules sans fil. Grâce à la technologie Trusted Wireless, les distances habituelles de deux kilomètres entre deux appareils disparaissent par visibilité dégagée. Chaque module sans fil Répéteur/Esclave peut prendre en charge des signaux via les composants d'extension E/S juxtaposables et transmettre simultanément des données à d'autres participants sans fil. La fonction Répéteur permet de franchir des distances plus importantes et de contourner des obstacles.

Les modems SHDSL veillent à une communication filaire fiable

Étant donné qu'une transformation du système de commande est prévue dans la centrale hydraulique de Niederhausen, le système sans fil a déjà été configuré pour l'acquisition de signaux supplémentaire, explique Bernhard Beicher de la société RWE Power AG de Bernkastel-Kues. S'ajoute à cela la transmission des courants des moteurs des pompes. Comme déjà expliqué, les signaux sont pris en charge dans la tour et transformés directement en protocole PROFIBUS via la passerelle PROFIBUS. L'automate est pourtant installé dans le bâtiment de la centrale, soit à environ 800 mètres. Pour le raccordement de l'automate central et de la passerelle PROFIBUS, les responsables ont eu recours à la connexion filaire déjà existante, pour économiser des frais. Étant donné qu'il s'agit d'un simple fil de cuivre, le signal PROFIBUS ne peut pas être automatiquement échangé via le câble. Car, en fonction de la vitesse de transmission, la longueur de segment est limitée à 100 mètres maximum.

La vitesse de transmission est réglée automatiquement

La solution sans fil RAD-Line Serial-IO fonctionne sur la bande de fréquence 2,4 GHz, sans licence. Les modules Wireless sont configurés avec un logiciel gratuit. Un assistant guide l'utilisateur à travers les étapes nécessaires. La passerelle s'intègre également aisément via son fichier contenant la description des appareils GSD, sous forme de participant Esclave dans le réseau PROFIBUS DP de l'automate. En outre, les stations sans fil prédéfinies, qui ont été complétées par des modules juxtaposables d'E/S analogiques ou numériques, peuvent s'intégrer aisément dans le système sans fil. La vitesse de transmission PROFIBUS jusqu'à 12 MBit/s est réglée automatiquement, c'est-à-dire sans configuration. La sélection de l'adresse PROFIBUS de la passerelle se fait via sélecteur de codage DIP.

Bernd Gumm, responsable de district du poste de transformation et gardien du barrage à Niederhausen

Bernd Gumm, responsable de district du poste de transformation et gardien du barrage à Niederhausen

« La configuration et la mise en service des modules sans fil RAD-Line, de la passerelle PROFIBUS et du modem SHDSL se sont effectuées simplement », explique Bernhard Beicher, responsable de la mise en service. « Pour nous, la communication sans fil constitue à l'avenir une véritable alternative aux solutions filaires dans d'autres parties de la centrale », ajoute Bernd Gumm, responsable de district à Niederhausen.

Un système sans fil fiable pour des données d'E/S et série

La technologie sans fil Trusted Wireless de Phoenix Contact, synonyme de robustesse et de fiabilité, est une solution proposée dans les installations industrielles, pour transmettre de manière cyclique, de petites quantités de données sur de grandes distances de maximum trois kilomètres. Les signaux de commutation numériques et les signaux de capteurs analogiques sont pris en charge et transmis par les modules E/S RAD-Line. La gamme de produits est disponible sous forme de système unidirectionnel et bidirectionnel. Outre la liaison point à point et point à multipoint, les répéteurs s'emploient à faire disparaître les obstacles ou les grandes distances.

Conclusion

La gamme de produits RAD-Line Serial permet la transmission de données série via l'interface RS232, RS422 ou RS485 ainsi que de signaux analogiques et numériques dans un réseau maillé. Dans le réseau sans fil, composé d'un Maître et de maximum 254 Esclaves, chaque module Esclave peut fonctionner également comme un répéteur. Les composants système faciles à manipuler sont certifiés selon les directives 94/9/CE (ATEX) et IECEx et peuvent donc être utilisés en atmosphères explosibles (zone 2), tant sur le plan national que dans le monde entier.

PHOENIX CONTACT nv/sa

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