水电站无线通信

易操作的高性价比解决方案

尼德劳森水电站的发电机

尼德劳森水电站的发电机

尼德劳森水电站的运行包括监控相邻水库的水位。洪水和地下水位以及排水泵的运行状态经Trusted Wireless系统转发至安装在其中一个塔台内的主站无线模块。

接着,这些数据经SHDSL调制解调器转发至水电站内的中央控制器。

应用

莱茵兰-普法尔茨州尼德劳森市不仅以其田园风光闻名, 还拥有一座800,000立方米容量的水库,是业余运动员以及人们休闲放松的著名景点。

水库不仅是当地人的休闲场所,还是洪斯吕克山-纳赫地区供电的重要来源。德国莱茵集团(RWE)在此设有一座水电站和一座变电站, 由RWE Deutschland AG和RWE Power AG运营。

解决方案

水位落差决定发电量大小

1926年到1927年,莱茵集团建造了一座110/20 kV变电站,并在科布伦茨和尼德劳森之间铺设110 kV双线。同时建造的还有一座水电站,与变电所配套,尼德劳森市因而成为重要地区。1928年,该水电站首次将尼德尔森水电输送至市电系统。 

尼德尔森水电站目前仍是洪斯吕克山-纳赫地区最大的水电站之一, 为近1400位用户供电。水库在发电过程中发挥着重要作用。水库中的水经760 m长的引水管引向水电站内的两个卡普兰水轮机。发电机通过垂直轴与水轮机连接,水波旋转带动发电机发电。接着,水通过地势较低的尾水管道回流到该地区。

发电量取决于引水管和尾水管道之间的落差。也就是说,当发生洪灾时,尾水管道水位上升,与引水管之间的落差减小,发电量也随之减少。管道内的最佳流速为约45 m³/s。在该流速下,两个水轮机的发电量最大。

监控站点将信号转发至主站无线模块。

水库含堰坝系统,控制引水管供水。为了保证水电站可靠运行,应监控水库的水位, 测量水位,以及监控洪水和地下水排水泵。无线系统安装在水库附近,以便持续监控排水泵的运行状态和水位。如果采用传统的电缆布线,可能会过于复杂,且成本高昂。其中一个塔台用作菲尼克斯电气Trusted Wireless系统的中心站。塔台内设一个控制箱,含主站无线模块,与PROFIBUS网关连接。

一个水位控制室和三个小型泵站用作额外的监控站点。在这四处安装无线模块,与模拟量/数字量输入和输出设备组合使用。无线模块将信号传输至塔台内的主站无线模块。在水位控制室,持续记录水库的水位,以便员工迅速应对任何水位变化。在过去,员工只能通过洪水位标记来人工读取水位,十分费时。如今,小型泵站记录下排水泵的故障信息并以无线方式转发至塔台内的主站模块。

水位控制室/堰坝系统与塔台  

水位控制室/堰坝系统与塔台之间的视距

菲尼克斯电气的PROFIBUS SHDSL调制解调器是一种高成本效益的解决方案。在塔台上安装一个调制解调器,与PROFIBUS网关连接。还有一个调制解调器位于水电站控制柜内的Vipa控制器旁。Vipa控制器作为PROFIBUS DP主站,记录水电站的所有信号, 通过SHDSL调制解调器与PROFIBUS网关(PROFIBUS从站)连接。塔台控制箱内的PROFIBUS网关使用RAD-Line Serial系列产品,通过RS-232接口与主站无线模块通信。

主站无线模块通过与四台远程中继器/从站无线设备建立连接,将系统扩展为十个无线模块。在视距条件下,Trusted Wireless技术可在两台设备之间覆盖两千米的距离。各中继器/从站模块均可通过I/O扩展模块记录信号,同时将数据传送至其他无线设备。通过中继器可延长通信距离并绕开障碍物。

SHDSL制解调器保证可靠的有线通信

据位于贝恩卡斯特尔-库斯的RWE Power AG的Bernhard Beicher所说,因尼德尔森水电站的控制技术即将升级,无线系统经过配置可记录辅助控制信号, 包括传输电机电流至排水泵。塔台记录信号,并通过PROFIBUS网关直接将信号转换成PROFIBUS协议信号。控制器安装在距水电站800米处。相关负责人利用现有的电缆连接中央控制器和PROFIBUS网关,以节省成本。不过,仅仅通过铜缆无法传输PROFIBUS信号。这是因为,根据传输速度,网段长度最高不得超过100 m。

自动设置传输速度

RAD-Line Serial-IO无线解决方案适用于无需许可的2.4 GHz频带。无线模块通过免费的软件进行配置。用户可根据向导完成必要步骤。网关也可根据GSD设备描述文档轻松集成至控制器的PROFIBUS DP网络,作为从设备。在现场预先设定的无线站点经扩展后,包含可并排安装的模拟量/数字量输入和输出模块,因而可轻松接入无线系统。PROFIBUS传输速度可自动设置为12 Mbps,无需配置。PROFIBUS网关地址通过DIP开关设定。

尼德尔森水电站和堰坝负责人Bernd Gumm

尼德尔森水电站和堰坝负责人Bernd Gumm

负责调试的Bernhard Beicher说:“RAD-Line无线模块、PROFIBUS网关以及SHDSL调制解调器极易组态和调试。” 他补充说:“无线通信将继续在水厂等其他领域替代有线通信。”

可靠传输I/O和串行数据的无线系统

菲尼克斯电气的Trusted Wireless技术稳定可靠,适合在工业系统中使用,可在长达3 km的长距离内循环传输少量数据。RAD-Line I/O模块记录并转发数字量开关信号和模拟量传感器信号。该系列产品支持单向系统和双向系统。除了点对点和单点对多点连接,还可使用中继器绕开障碍延长通信距离。

案例总结

使用RAD-Line Serial系列产品,串行数据可通过RS-232、RS-422或RS-485接口传输,模拟量和数字量信号可在网状网络中传输。无线网络由1个主站和多达254个从站组成,每个从站模块还可以充当中继器。系统组件使用方便且通过94/9/EC(ATEX)和IECEx认证,也就是说,这些组件适用于国内外的易爆区域(Zone 2区)。

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