Comunicazione via radio nella centrale idroelettrica

Soluzione vantaggiosa e di facile impiego

Generatori nella centrale idroelettrica di Niederhausen

Generatori nella centrale idroelettrica di Niederhausen

La gestione della centrale idroelettrica di Niederhausen comprende anche il monitoraggio del livello del bacino artificiale adiacente. I valori rilevati, così come le condizioni di esercizio delle pompe di drenaggio dell'acqua di falda e dell'acqua alluvionale, vengono trasmessi tramite il sistema radio Trusted Wireless ad un modulo radio master in una delle torri fortificate.

Da lì i dati vengono inoltrati, tramite modem SHDSL, ad un controllore centrale nell'edificio di controllo.

Applicazione

Niederhausen, comune della Renania-Palatinato, si distingue non soltanto per la sua posizione idilliaca in mezzo ai vigneti. Nelle immediate vicinanze si trova anche un lago artificiale con un volume di 800.000 metri cubi, punto di riferimento per molti sportivi e per chi cerca un po' di quiete e riposo.

Oltre al valore rilassante e distensivo, apprezzato dalla popolazione, il lago artificiale costituisce un elemento fondamentale per l'alimentazione dell'area Nahe-Hunsrück. Infatti sulle sue rive è stata costruita una centrale idroelettrica e una stazione di trasformazione della tensione, appartenenti al gruppo RWE di Essen. Gli impianti sono gestiti da RWE Deutschland AG e RWE Power AG.

Soluzione

La differenza di altezza determina la quantità di corrente prodotta

Negli anni 1926/27 l'allora società per azioni Rheinisch-Westfälische-Elektrizitätswerk, trasferì una stazione di trasformazione con tensione da 110/20 kV e una doppia linea da 110 kV, da Coblenza a Niederhausen. Il comune acquisì con questa operazione un significato centrale, dal momento che contemporaneamente si stava costruendo una centrale idroelettrica, che ben si adattava ad essere combinata con la stazione di trasformazione. In seguito a tali operazioni, l'azienda produttrice di energia iniziò nel 1928 a immettere nella rete la corrente ottenuta dall'acqua di Niederhausen. 

La centrale idroelettrica di Niederhausen fa parte dei grandi impianti presenti nella regione Rhein-Nahe-Hunsrück. Attualmente fornisce corrente a circa 1.400 clienti residenziali. Nella generazione di energia il bacino artificiale riveste un ruolo fondamentale. La sua acqua viene convogliata, tramite un canale di alimentazione lungo 760 metri, a due turbine Kaplan disposte in verticale e installate nell'edificio della centrale. La rotazione dell'albero aziona un generatore, collegato alle turbine tramite gli assi verticali. Infine l'acqua viene riconvogliata nella Nahe mediante il canale di scarico ubicato in profondità.

L'efficienza della corrente dipende dalla differenza di altezza tra il canale di alimentazione e il canale di scarico. La quantità di energia ottenuta cala se il livello nel canale di scarico aumenta con l'acqua alta e di conseguenza la differenza di livello rispetto al canale di alimentazione diminuisce. La portata ottimale nel canale ammonta a circa 45 metri cubi al secondo. Con questo valore le due turbine forniscono la maggiore quantità possibile di corrente.

Le stazioni di monitoraggio inoltrano i segnali al modulo radio master

Il bacino artificiale è provvisto di un impianto di sbarramento che regola l'afflusso dell'acqua nel canale di alimentazione. Per garantire il funzionamento affidabile della centrale, il livello del bacino deve essere monitorato. A tale scopo è necessario misurare il livello dell'acqua e monitorare le pompe dell'acqua di superficie e di falda. Per un controllo continuo delle condizioni di esercizio delle pompe e del livello intorno al bacino, è stato realizzato un sistema radio. Un soluzione via cavo qui sarebbe stata troppo costosa e complessa. Punto centrale del sistema radio Trusted Wireless di Phoenix Contact è una delle torri fortificate. Nell'edificio si trova una scatola di comando con modulo radio master collegato a un gateway Profibus.

Le altre stazioni di monitoraggio sono costituite da una stazione di misurazione del livello e da tre sale pompe. Nelle quattro strutture sono montati moduli radio in combinazione con dispositivi di ingresso e uscita analogici o digitali. I componenti wireless trasmettono i segnali al modulo radio master nella torre fortificata. Nella stazione di misurazione del livello viene rilevata costantemente l'altezza effettiva dell'acqua del lago, in modo tale che gli addetti della centrale possano reagire rapidamente a eventuali variazioni. In passato i dati dovevano essere letti manualmente in un indicatore di livello, con un notevole dispendio di tempo. Nelle sale pompe le segnalazioni dei guasti delle pompe vengono ricevute e inoltrate via radio al modulo master nella torre fortificata.

Stazione di misurazione del livello e impianto di sbarramento con le torri fortificate  

Collegamento in linea ottica tra la stazione di misurazione del livello e l'impianto di sbarramento con le torri fortificate

La vantaggiosa soluzione adottata per questo compito è il modem SHDSL Profibus di Phoenix Contact. Un modem è installato nella torre fortificata e collegato al gateway Profibus. Il secondo dispositivo si trova accanto al controllore Vipa nell'armadio di comando dell'edificio della centrale. Il controllore Vipa, operante come master Profibus-DP, rileva tutti i segnali presenti negli impianti ed è collegato tramite il modem SHDSL a un gateway Profibus (slave Profibus). Il gateway Profibus, installato nella scatola di comando della torre fortificata, utilizza l'interfaccia RS232 per la comunicazione con il modulo radio master della linea di prodotti RAD-Line Serial.

Il modulo radio master crea il collegamento con i quattro dispositivi radio repeater/slave remoti e il sistema può essere ampliato a massimo dieci moduli wireless. Con la tecnologia Trusted-Wireless è possibile coprire distanze libere fra due dispositivi di due chilometri. Ogni modulo radio repeater/slave può registrare i segnali mediante i componenti di espansione I/O affiancabili e, contemporaneamente, trasmettere i dati agli altri utenti radio. La funzione repeater consente di coprire grandi distanze e di superare eventuali ostacoli.

I modem SHDSL garantiscono una comunicazione via cavo affidabile

Dal momento che nella centrale idroelettrica di Niederhausen era pianificata la ristrutturazione del sistema di gestione, il sistema radio era già predisposto al rilevamento di segnali aggiuntivi, ha dichiarato Bernhard Beicher della RWE Power AG di Bernkastel-Kues. Tali segnali comprendevano anche la trasmissione delle correnti del motore delle pompe. Come già detto, i segnali vengono rilevati nella torre fortificata e trasformati direttamente nel protocollo Profibus mediante il gateway Profibus. Il sistema di controllo, tuttavia, è installato a circa 800 metri di distanza, nell'edificio della centrale. Per collegare il sistema di controllo centrale e il gateway Profibus, i responsabili hanno utilizzato un collegamento via cavo già esistente. Trattandosi di una semplice linea in rame, il segnale Profibus non poteva essere scambiato via cavo. Infatti la lunghezza dei segmenti è limitata a 100 metri in funzione della velocità di trasmissione.

La velocità di trasmissione viene impostata automaticamente

La soluzione radio RAD-Line Serial-IO opera nella banda di frequenza 2,4 GHz che non richiede una licenza. La configurazione dei moduli wireless avviene con un software gratuito. Una procedura guidata accompagna l'utente attraverso le fasi di lavoro necessarie. Anche il gateway può essere integrato, con poca spesa, nella rete Profibus-DP del sistema di controllo come utente slave mediante il suo file GSD (file di descrizione dell'apparecchiatura). Ciò consente di integrare nel sistema radio le stazioni radio predefinite in campo, che sono ampliate con moduli di ingresso e uscita analogici e digitali affiancabili. La velocità di trasmissione Profibus fino a 12 MBit/s viene impostata automaticamente, cioè senza configurazione. La selezione dell'indirizzo Profibus del gateway avviene tramite DIP switch.

Bernd Gumm, capo settore della stazione di trasformazione e responsabile dello sbarramento della valle di Niederhausen

Bernd Gumm, capo settore della stazione di trasformazione e responsabile dello sbarramento della valle di Niederhausen

“La configurazione e la messa in servizio dei moduli radio RAD-Line, del gateway Profibus e del modem SHDSL si è rivelata semplice”, ha dichiarato Bernhard Beicher, responsabile della messa in servizio. “La comunicazione radio è per noi una reale alternativa, anche per applicazioni future, alla soluzione via cavo in differenti porzioni di impianto della centrale idroelettrica”, ha aggiunto Bernd Gumm, capo settore a Niederhausen.

Sistema radio affidabile per dati I/O e seriali

La robusta e affidabile tecnologia radio Trusted Wireless di Phoenix Contact è la soluzione ideale negli impianti industriali in cui è necessario trasmettere piccole quantità di dati in modo ciclico su grandi distanze, solitamente fino a tre chilometri. I segnali digitali e i segnali dei sensori analogici vengono acquisiti dai moduli I/O RAD-Line e inoltrati. La linea di prodotto è disponibile come sistema unidirezionale e bidirezionale. Oltre al collegamento punto-punto e punto-multipunto, i repeater garantiscono il superamento di eventuali ostacoli e la copertura di distanze maggiori.

Conclusione

La linea di prodotti RAD-Line Serial consente la trasmissione di dati seriali mediante le interfacce RS232, RS422 o RS485, così come di segnali analogici e digitali in una rete interconnessa. In una rete radio, costituita da un master e fino a 254 slave, ogni modulo slave può fungere anche da repeater. I componenti di sistema, facili da gestire, sono certificati ai sensi delle Direttive 94/9/CE (ATEX) e IECEx, in modo tale da poter essere utilizzati, a livello nazionale e internazionale, nelle aree a rischio di esplosione (Zona 2).

PHOENIX CONTACT S.p.a.

Via Bellini, 39/41
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02 66 05 91

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