Draadloze communicatie in een waterkrachtcentrale

Eenvoudig in de handling en voordelige oplossing

Generatoren in waterkrachtcentrale Niederhausen

Generatoren in waterkrachtcentrale Niederhausen

Voor de exploitatie van waterkrachtcentrale Niederhausen dient ook het waterpeil van het bijbehorende stuwmeer te worden gecontroleerd. De gemeten waarden alsmede de bedrijfstoestanden van de hoogwater- en grondwaterpompen worden via het draadloze systeem Trusted Wireless doorgegeven aan een draadloos mastermoduul in een van de stuwtorens.

Van daaruit worden de gegevens via SHDSL-modems doorgegeven aan de centrale besturing in het gebouw van de centrale.

Toepassing

De gemeente Niederhausen in het Duitse Rijnland-Palts wordt niet alleen gekenmerkt door de idyllische ligging midden tussen de wijnbergen. Vlakbij het plaatsje bevindt zich ook een stuwmeer met een volume van 800.000 kubieke meter met een grote aantrekkingskracht op sporters en recreanten.

Naast de recreatiewaarde voor de bevolking functioneert het stuwmeer als belangrijke component in de stroomvoorziening voor de regio Nahe-Hunsrück. Want aan de oever zijn een waterkrachtcentrale en een transformatorstation gebouwd, die bij het RWE-concern in Essen horen. De installaties worden geëxploiteerd door RWE Deutschland AG en RWE Power AG.

De oplossing

Het hoogteverschil bepaalt de hoeveelheid opgewekte stroom

In 1926/27 liet de toenmalige Rheinisch-Westfälische-Elektrizitätswerk Aktiengesellschaft een 110/20 kV-transformatorstation en een dubbele 110 kV-kabel van Koblenz naar Niederhausen aanleggen. Niederhausen speelde daarbij een centrale rol, want daar werd in diezelfde tijd een waterkrachtcentrale gebouwd die goed met een transformatorstation kon worden gecombineerd. Het resultaat was dat de stuw in 1928 voor het eerst stroom aan het elektriciteitsnet leverde dat uit het water bij Niederhausen was gewonnen. 

De waterkrachtcentrale Niederhausen is nog altijd een van de grootste installaties in de regio Rhein-Nahe-Hunsrück. Momenteel voorziet de centrale ongeveer 1400 particuliere huishoudens van stroom. Bij de energie-opwekking speelt het stuwmeer een doorslaggevende rol. Het water hieruit wordt via een 760 meter lang bovenwaterkanaal naar twee verticaal geplaatste kaplanturbines geleid, die in het gebouw van de centrale geïnstalleerd zijn. De draaibeweging van de spil drijft een generator aan die via verticaal staande assen met de turbines verbonden is. Vervolgens wordt het water via het dieper gelegen onderwaterkanaal teruggevoerd naar de Nahe.

De hoeveelheid opgewekte stroom is afhankelijk van het hoogteverschil tussen het boven- en onderwaterkanaal. Zo neemt de hoeveelheid gewonnen energie af als het waterpeil in het onderwaterkanaal bij hoogwater stijgt en zodoende het hoogteverschil ten opzichte van het bovenwaterkanaal afneemt. Het optimale debiet in het kanaal bedraagt ongeveer 45 kubieke meter per seconde. Bij deze waarde leveren de beide turbines de grootst mogelijke hoeveelheid stroom.

Bewakingsstations geven signalen door aan het draadloze mastermoduul

Het stuwmeer is voorzien van een stuwinstallatie die de toevoer van de hoeveelheid water naar het bovenwaterkanaal regelt. Om de betrouwbare werking van de energiecentrale te kunnen waarborgen, moet het waterpeil van het stuwmeer worden bewaakt. Hiervoor is behalve de meting van het waterpeil ook een bewaking van de hoogwater- en grondwaterpompen noodzakelijk. Voor een permanente controle van de bedrijfstoestanden van de pompen alsmede het waterpeil is rondom het stuwmeer een draadloos systeem opgebouwd. Het alternatief, een mogelijke oplossing met kabels, zou te bewerkelijk en te duur geweest zijn. Een van de stuwtorens is het centrale punt van het draadloze systeem Trusted Wireless van Phoenix Contact. In het gebouw bevindt zich een junction box met het draadloze mastermoduul, dat met een Profibus-gateway is gekoppeld.

Een peilmeethuisje en drie pomphuisjes dienen als de overige bewakingsstations. In alle vier de gebouwen is een draadloos moduul in combinatie met analoge of digitale in- en uitgangsmodulen gemonteerd. De wireless-componenten geven de signalen door aan het draadloze mastermoduul in de stuwtoren. In het peilmeethuisje wordt de actuele waterstand van het meer continu geregistreerd, zodat de medewerkers van de energiecentrale snel kunnen reageren op veranderingen. Vroeger moesten de gegevens handmatig met een peilmeter worden afgelezen, wat tijdrovend was. In de pomphuisjes worden tegenwoordig de storingsmeldingen van de pompen geregistreerd en draadloos doorgegeven aan het mastermoduul in de stuwtoren.

Peilmeethuisje en stuwinstallatie met de stuwtorens  

Zichtverbinding tussen peilmeethuisje en stuwinstallatie met de stuwtorens

Het Profibus-SHDSL-modem van Phoenix Contact vormt hier een voordelige oplossing. Daarbij is in de stuwtoren een modem aangebracht en daar gekoppeld met de Profibus-gateway. Het tweede moduul bevindt zich naast de Vipa-besturing in de schakelkast van het gebouw van de energiecentrale. De als Profibus DP-master functionerende Vipa-besturing registreert alle signalen die op de verschillende locaties van de installatie worden gegenereerd. De besturing is via het SHDSL-modem met een Profibus-gateway (Profibus-slave) gekoppeld. De in de junction box van de stuwtoren gemonteerde Profibus-gateway gebruikt zijn RS232-interface voor de communicatie met het draadloze mastermoduul uit de productfamilie RAD-Line Serial.

Het draadloze mastermoduul bouwt de verbinding met de vier draadloze repeater/slave-modulen op afstand op, waarbij het systeem kan worden uitgebreid tot maximaal tien wireless-modulen. Voor de Trusted Wireless-technologie is kenmerkend dat bij vrij zicht afstanden van twee kilometer tussen twee modulen kunnen worden overbrugd. Elk draadloos repeater/slave-moduul kan via de rijgbare I/O-uitbreidingscomponenten signalen ontvangen en tegelijkertijd data aan andere draadloze deelnemers doorgeven. Door de repeater-functie kunnen grote afstanden worden overbrugd en hindernissen worden omzeild.

SHDSL-modems zorgen voor betrouwbare kabelgebonden communicatie

Omdat voor de waterkrachtcentrale Niederhausen een herinrichting van de besturingstechniek gepland is, is het draadloze systeem alvast voorbereid op het registreren van nog meer signalen, aldus Bernhard Beicher van RWE Power AG uit Bernkastel-Kues. Daaronder valt de overdracht van motorstromen van de pompen. Zoals eerder al vermeld worden de signalen in de stuwtoren opgevangen en via de Profibus-gateway direct in het Profibus-protocol omgezet. De besturing is echter in het gebouw van de centrale op circa 800 meter afstand geïnstalleerd. Om kosten te besparen hebben de verantwoordelijke medewerkers ervoor gekozen om voor de verbinding tussen de centrale besturing en de Profibus-gateway gebruik te maken van een reeds aanwezige kabelverbinding. Omdat het om een enkelvoudige koperkabel gaat, kan het Profibus-signaal niet zonder meer via de kabel worden uitgewisseld. Want de segmentlengte is, afhankelijk van de overdrachtssnelheid, beperkt tot maximaal 100 meter.

Overdrachtssnelheid wordt automatisch ingesteld

De draadloze oplossing RAD-Line Serial-IO werkt op de licentievrije 2,4 GHz-frequentieband. De wireless-modulen worden met gratis te verkrijgen software geconfigureerd. Een wizard assisteert de gebruiker bij het doorlopen van de benodigde werkstappen. De gateway kan eveneens met weinig moeite via zijn GSD-apparaatbeschrijvingsbestand als slave-deelnemer in het Profibus DP-netwerk van de besturing worden geïntegreerd. Daarbij kunnen voorgedefinieerde draadloze stations in het veld die met rijgbare analoge of digitale in- en uitgangsmodulen zijn uitgebreid, eenvoudig in het draadloze systeem worden opgenomen. De Profibus-overdrachtssnelheid tot 12 Mbit/s wordt automatisch – dus zonder configuratie – ingesteld. De keuze van het Profibus-adres gebeurt door middel van DIP-switches.

Bernd Gumm, afdelingsdirecteur van het transformatorstation en stuwmeester in Niederhausen

Bernd Gumm, afdelingsdirecteur van het transformatorstation en stuwmeester in Niederhausen

"De configuratie en inbedrijfstelling van de draadloze RAD-Line-modulen, Profibus-gateways en SHDSL-modems bleek heel eenvoudig te zijn," zegt Bernhard Beicher, die verantwoordelijk was voor de inbedrijfstelling. "Draadloze communicatie is voor ons ook in toekomstige projecten een echt alternatief voor kabelgebonden oplossingen in andere installatiedelen van de waterkrachtcentrale," vult Bernd Gumm, afdelingsdirecteur Niederhausen, hem aan.

Betrouwbaar draadloos systeem voor I/O- en seriële data

De robuuste en betrouwbare draadloze technologie Trusted Wireless van Phoenix Contact is zeer geschikt om in industriële installaties geringe datahoeveelheden cyclisch over te dragen over voor dit soort toepassingen typerende grote afstanden van maximaal drie kilometer. Digitale schakelsignalen en analoge sensorsignalen worden daarbij door de RAD-Line I/O-modulen opgevangen en doorgegeven. De productlijn is leverbaar als uni- en als bidirectioneel systeem. Naast de point-to-point- en point-to-multipoint-verbinding zorgen repeaters voor het overbruggen van hindernissen of lange trajecten.

Conclusie

De RAD-Line Serial-productfamilie maakt overdracht van seriële data mogelijk via de RS-232-, RS-422- of RS-485-interface alsmede van analoge en digitale signalen in een vertakt netwerk. In een draadloos netwerk, dat uit een master en maximaal 254 slaves bestaat, kan elk slave-moduul ook als repeater functioneren. De systeemcomponenten zijn eenvoudig in de handling en volgens de richtlijnen 94/9/EG (ATEX) en IECEx gecertificeerd, zodat ze in binnen- en buitenland in explosiegevaarlijke omgevingen (Zone 2) kunnen worden toegepast.

PHOENIX CONTACT B.V.

Hengelder 56
6902 PA Zevenaar
Postbus 246
6900 AE Zevenaar
(0316) 59 17 20

Deze website maakt gebruik van cookies. Als u onze site blijft gebruiken gaat u akkoord met het gebruik van deze cookies.
Lees onze privacy policy voor meer informatie.

Sluiten