Radiosignalbasert kommunikasjon i vannkraftverket

Lett håndterlig og kostnadsgunstig løsning

Generatorer i vannkraftverket Niederhausen

Generatorer i vannkraftverket Niederhausen

Driften av vannkraftverket Niederhausen omfatter også nivåovervåking av den tilknyttede oppdemmede sjøen. Fastsatte verdier samt driftstilstanden til dreneringspumpene for høyvann og grunnvann overføres til en master-radiosignalmodul i et av demningstårnene via radiosignalsystemet Trusted Wireless.

Derfra videreføres dataene til en sentral kontroller i kraftverksbygningen via SHDSL-modemer.

Anvendelse

Kommunen Niederhausen i Rheinland-Pfalz utmerker seg ikke bare fordi den er idyllisk plassert midt i Weinbergen. Rett i nærheten finner vi også en oppdemmet sjø på 800 000 kubikkmeter, et attraktivt område for mange sportsinteresserte og andre som søker rekreasjon.

I tillegg til den avslappede atmosfæren, som innbyggerne setter stor pris på, fungerer sjøen som en viktig komponent for strømforsyningen av Nahe-Hunsrück-Raum. For langs bredden er det installert et vannkraftverk og en transformatorstasjon som tilhører RWE-konsernet i Essen. Anleggene driftes av RWE Deutschland AG og RWE Power AG.

Løsning

Generert strømmengde bestemmes av høydeforskjellen

I 1926/27 installerte det som den gang hadde navnet Rheinisch-Westfälische-Elektrizitätswerk Aktiengesellschaft en 110/20 kV transformatorstasjon og en 110 kV dobbelledning fra Koblenz til Niederhausen. Kommunen spilte i den sammenheng en viktig rolle, fordi et vannkraftverk ble bygget på samme tid. Det lot seg fint kombinere med transformatorstasjonen. Som resultat leverte energiprodusenten i 1928 for første gang strøm til forsyningsnettet som var generert ved hjelp av vannet fra Niederhausen. 

Vannkraftverket Niederhausen er fremdeles et av de største anleggene i regionen Rhein-Nahe-Hunsrück. For tiden forsyner det rundt 1400 kunder (tariff) med strøm. Ved genereringen av energi spiller den oppdemmede sjøen en betydelig rolle. Gjennom en 760 meter lang tilløpstunnel ledes vannet til to loddrett monterte kaplanturbiner som er installert i kraftverksbygningen. Akselens dreiebevegelse driver en generator, som igjen er koblet til turbinene vie loddrette aksler. Til slutt ledes vannet tilbake gjennom den dypereliggende avløpstunnelen.

Strømproduksjonen er avhengig av høydeforskjellen mellom inntaks- og avløpstunnelen. Generert energimengde synker dersom nivået i avløpstunnelen stiger ved høyvann og høydedifferansen til inntakstunnelen avtar. Optimal gjennomstrømningsmengde i kanalen utgjør ca. 45 kubikkmeter pr. sekund. Ved denne verdien leverer begge turbiner sitt optimale med hensyn til strømmengde.

Overvåkingsstasjoner leder signaler videre til master-radiosignalmodulen

Demningen har et reguleringsdamanlegg som regulerer vanntilførselsmengden til inntakstunnelen. For å sikre pålitelig drift av kraftverket må demningen overvåkes. I den forbindelse måles vannivået, og høyvanns- og grunnvannspumpene overvåkes. Et radiosignalsystem er bygget opp rundt demningen for å muliggjøre permanent kontroll av pumpenes driftsstatus til enhver tid, samt nivået. En kabelløsning ville her ha vært et både omstendelig og dyrt alternativ. Et av demningstårnene utgjør et sentralt punkt i radiosignalsystemet Trusted Wireless fra Phoenix Contact. I bygningen er en koblingsboks installert med master-radiosignalmodulen, som er koblet til en Profibus-Gateway.

Et nivåmålerhus samt tre mindre pumpehus fungerer som ytterligere overvåkingsstasjoner. I de fire byggene er det installert radiosignalmoduler, henholdsvis kombinert med analoge eller digitale inn- og utgangsenheter. Wireless-komponentene overfører signalene til master-radiosignalmodulen i demningstårnet. I nivåmålerhuset registreres demningens vannhøyde til enhver tid, slik at de ansatte på kraftverket kan reagere raskt på alle endringer. Tidligere måtte dataene avleses manuelt på en nivåenhet, noe som alltid var tidkrevende. I de små pumpehusene tas feilmeldinger fra pumpene opp og videreføres via radiosignaler til mastermodulen i demningstårnet.

Nivåmålerhus og reguleringsdamanlegg med demningstårn  

Fri sikt mellom nivåmålerhus og reguleringsdamanlegg med demningstårn

Som kostnadsgunstig løsning benyttes Profibus-SHDSL-modemet fra Phoenix Contact. Et modem er montert i demningstårnet, og er her tilkoblet Profibus-Gatewayen. Den andre enheten befinner seg ved siden av Vipa-kontrolleren i kraftverksbygningens automatikkskap. Vipa-kontrolleren fungerer som Profibus-DP-master og registrerer samtlige signaler i driftsbygningene. Den er koblet til en Profibus-Gateway (Profibus-slave) via SHDSL-modemet. Profibus-Gatewayen som er koblet til demningstårnets koblingsboks bruker RS232-grensesnittet sitt for å kommunisere med master-radiosignalmodulen fra produktserien RAD-Line Serial.

Master-radiosignalmodulen etablerer forbindelsen til de fire fjernliggende repeater/slave-radiosignalenhetene, og systemet kan utvides til maksimalt ti Wireless-moduler. Ved hjelp av Trusted-Wireless-teknologien kan man ved fri sikt dekke avstander på rundt to kilometer mellom to enheter. Hver repeater/slave-radiosignalmodul kan fange opp signaler via de rekkeplasserbare I/O-tilleggskomponentene og samtidig overføre data til ytterligere radiosignaldeltakere. Med repeaterfunksjonen kan større avstander dekkes, og hindre kan omgås.

SHDSL-modemer sørger for en pålitelig kabelført kommunikasjon

Fordi det er planlagt ombygginger av styreteknikken i vannkraftverket Niederhausen, er radiosignalsystemet allerede klargjort for registrering av ytterligere signaler, forteller Bernhard Beicher fra RWE Power AG i Bernkastel-Kues. Det omfatter overføring av pumpenes motorstrøm. Som allerede nevnt fanges signalene opp i demningstårnet og omformes direkte til Profibus-protokollen via Profibus-Gatewayen. Selve kontrolleren er likevel montert i kraftverksbygningen, som ligger rundt 800 meter unna. For å etablere forbindelsen mellom den sentrale kontrolleren og Profibus-Gatewayen valgte de ansvarlige en kabelforbindelse, slik at kostnadene kunne holdes på et lavest mulig nivå. Fordi det dreier seg om en enkel kobberledning, kan Profibus-signalet ikke uten videre utveksles via kabelen. Avhengig av overføringshastigheten er segmentlengden begrenset til maks. 100 meter.

Overføringshastigheten stilles inn automatisk

Radiosignalløsningen RAD-Line Serial-IO fungerer på det lisensfrie 2,4 GHz-frekvensbåndet. Wireless-modulene konfigureres med en gratis programvare. En assistent guider brukeren gjennom alle nødvendige arbeidstrinn. Med kun få tiltak kan Gatewayen også integreres som slavedeltaker i kontrollerens Profibus-DP-nettverk via sin GSD-konfigurasjonsfil. Predefinerte radiosignalstasjoner i felten som har blitt supplert med rekkeplasserbare analoge eller digitale inn- og utgangsmoduler kan helt enkelt implementeres i radiosignalsystemet. Profibus-overføringshastigheten opptil 12 Mbit/s stilles inn automatisk, det vil si uten konfigurasjon. Gatewayens Profibus-adresse velges via DIP.

Bernd Gumm, avdelingsleder for transformatorstasjonen og demningsvokter i Niederhausen

Bernd Gumm, avdelingsleder for transformatorstasjonen og demningsvokter i Niederhausen

"Konfigurasjonen og idriftsettelsen av RAD-Line-radiosignalmodulene, Profibus-Gatewayen og SHDSL-modemet var en enkel sak", forteller Bernhard Beicher, som var ansvarlig for idriftsettelsen. "Også i fremtiden er radiosignalkommunikasjon for oss et godt alternativ til kabelførte løsninger i andre anleggsdeler i vannverket", supplerer Bernd Gumm, avdelingsleder i Niederhausen.

Pålitelig radiosignalsystem for I/O- og serielle data

Den robuste og pålitelige radiosignalteknologien Trusted Wireless fra Phoenix Contact er velegnet for bruk i industrielle anlegg for å overføre mindre datamengder syklisk over store avstander på typisk opptil tre kilometer. Digitale koblingssignaler og analoge sensorsignaler fanges opp og videreføres av RAD-Line-I/O-modulene. Produktserien finnes som en- og toveis system. I tillegg til punkt-til-punkt- og punkt-til-multipunkt-forbindelsen sørger repeatere for lasking av hindre eller større strekninger.

Fasit

RAD-Line Serial-produktserien gjør det mulig å overføre serielle data via RS232-, RS422- eller RS485-grensesnittet samt analoge og digitale signaler i et sammenkoblet nettverk. I radiosignalnettverket, som består av en master og opptil 254 slaver, kan hver slavemodul også fungere som repeater. De lett håndterbare systemkomponentene er sertifisert i henhold til direktivene 94/9/EF (ATEX) samt IECEx, som innebærer at de kan benyttes nasjonalt og internasjonalt på potensielt eksplosive områder (sone 2).

PHOENIX CONTACT AS

Strømsveien 344
N-1081 Oslo
+47 22 07 68 00

Dette nettstedet bruker cookies, ved å fortsette å bla gjennom samtykker du til vår cookie politikk. Les vår personvernpolicy for mer informasjon.

Lukk