Comunicação sem fios na central hidroelétrica

Solução fácil de usar e económica

Geradores na central hidroelétrica Niederhausen

Geradores na central hidroelétrica Niederhausen

Para a operação da central hidroelétrica Niederhausen também é importante a monitorização do nível da barragem. Os valores obtidos, assim como as condições de operação das bombas de drenagem de inundação e lençol freático, são transmitidos através do sistema sem fio Trusted Wireless a um módulo mestre sem fios numa das torres.

A partir de lá, os dados são reencaminhados via modem SHDSL a um controlador central no edifício da central elétrica.

Aplicação

O concelho de Niederhausen na Renânia-Palatinado não se distingue apenas pela sua localização idílica entre o vinhedo. Perto da localidade encontra-se uma barragem com um volume de 800.000 metros cúbicos, a qual é um ponto procurado por muitos desportistas e pessoas à procura de descontração.

Para além da descontração muito prezada pela população, a barragem também funciona como componente importante do fornecimento de energia da área Nahe-Hunsrück. Pois na sua margem foi construída uma central hidroelétrica e uma subestação elétrica, as quais pertencem ao agrupamento complementar de empresas RWE de Essen. As instalações são operadas pela RWE Deutschland AG e pela RWE Power AG.

Solução

As diferenças de altura determinam a quantidade de energia produzida

Em 1926/27, a então Rheinisch-Westfälische-Elektrizitätswerk Aktiengesellschaft transferiu uma subestação elétrica de 110/20 kV e uma linha dupla de 110 kV de Koblenz para Niederhausen. O concelho ganhou uma importância central, pois no mesmo período foi construída uma central hidroelétrica, a qual pôde ser bem combinada com a subestação. Como resultado, o produtor de energia alimentou em 1928 pela primeira vez a rede com corrente ganha da água de Niederhausen. 

A central hidroelétrica de Niederhausen continua a ser uma das maiores instalações na região Rhein-Nahe-Hunsrück. De momento abastece cerca de 1400 clientes com energia. A barragem tem um papel importante na produção de energia. A sua água é conduzida através de um canal adutor de 760 metros a duas turbinas Kaplan verticais, as quais se encontram instaladas no edifício da central elétrica. O movimento giratório do eixo aciona um gerador, o qual está ligado às turbinas através de eixos verticais. De seguida, a água é conduzida através do canal de vazão, o qual se encontra mais abaixo, para o exterior.

O rendimento energético depende da diferença de altura entre o canal adutor e o canal de descarga. Desse modo, a quantidade de energia convertida diminui, quando o nível no canal de vazão sobe devido a cheia, fazendo com que a diferença de altura com o canal adutor diminua. O caudal ótimo no canal é de cerca 45 metros cúbicos por segundo. Com este valor, ambas as turbinas produzem a maior quantidade de energia.

Estações de monitorização conduzem sinais ao módulo mestre sem fios

A barragem dispõe de uma represa, a qual controla a entrada de água no canal adutor. Para se assegurar a operação da central elétrica, é necessário monitorizar o nível da barragem. Para isso é necessário medir o nível de água, assim como monitorizar as bombas de cheia e de lençol freático. Para permitir um controlo permanente das condições de operação das bombas assim como do nível, foi montado à volta da barragem um sistema sem fios. Uma solução alternativa com fios seria aqui muito morosa e cara. Ponto central do sistema sem fio Trusted Wireless da Phoenix Contact é uma das torres. No edifício encontra-se um quadro de comando com o módulo mestre sem fios, o qual está ligado a um gateway PROFIBUS.

Outras estações de monitorização são um edifício de medição de nível assim como três edifícios de bomba. Nos quatros edifícios encontram-se montados módulos sem fios em combinação com dispositivos de entrada e saída analógicos ou digitais. As componentes wireless transmitem os sinais ao módulo mestre sem fios na torre. No edifício de medição de nível são registados continuamente os valores atuais de nível da água do lago, de maneira a que os trabalhadores da central elétrica possam reagir rapidamente a alterações. No passado tinham que ler os dados manualmente num mostrador de nível, o que custava muito tempo. Nos edifícios de bomba, os problemas das bombas são registados e reconduzidos sem fios ao módulo mestre na torre.

Edifício de medição de nível e barragem com as torres  

Ligações à vista entre edifício de medição de nível e barragem com as torres

Como solução económica recomenda-se aqui o modem Profibus SHDSL da Phoenix Contact. Um modem encontra-se instalado na torre e ligado ao gateway Profibus. O segundo dispositivo encontra-se ao lado do controlador Vipa no quadro de comando do edifício da central elétrica. O controlador Vipa como mestre Profibus DP regista todos os sinais que ocorram nas instalações. O controlador encontra-se conectado a um gateway Profibus (escravo Profibus) através do modem SHDSL. O gateway Profibus montado no quadro de comando da torre usa a sua interface RS232 para comunicar com o módulo mestre sem fio da família de produtos RAD-Line Serial.

O módulo mestre sem fios cria a ligação aos quatro dispositivos sem fios repetidores/escravos, sendo que o sistema pode ser expandido até um máximo de dez módulos wireless. Em zonas desobstruídas, podem ser ligadas distâncias de cerca dois quilómetros entre dois dispositivos com tecnologia Trusted Wireless. Cada rádio repetidor/escravo pode, através de módulos de expansão E/S, receber sinais e, ao mesmo tempo transmitir dados a outros rádios. A função de repetidor permite superar grandes distâncias, assim como contornar obstáculos.

Modems SHDSL garantem uma comunicação por cabo de confiança

Como a central hidroelétrica Niederhausen está a preparar uma remodelação da tecnologia de controlo, o sistema sem fios já foi preparado para a receção de sinais extra, segundo Bernhard Beicher da RWE Power AG de Bernkastel-Kues. Aqui também conta a transmissão de correntes de motores das bombas. Como já dito, os sinais são recebidos na torre e são diretamente convertidos em protocolo Profibus através do gateway Profibus. O controlador encontra-se contudo instalado no edifício da central elétrica, o qual se encontra a 800 metros de distância. Para a ligação do controlador central ao gateway Profibus, os responsáveis utilizam uma ligação por cabo já existente para poupar custos. Como se trata de um simples cabo de cobre, o sinal profibus não pode ser transmitido dessa maneira através do cabo. Pois, dependente da taxa de transmissão, o comprimento do segmento é limitado a até 100 metros.

A taxa de transmissão é selecionada automaticamente

A solução sem fios RAD-Line Serial IO trabalha na largura de banda 2,4 GHz livre de licença. Os módulos wireless são configurados com um software gratuito. Um assistente guia o utilizador através dos passos de trabalho necessários. O gateway é também integrável com pouco esforço como participante escravo na rede Profibus DP do controlador através do seu ficheiro de descrição de dispositivo GSD. Desse modo é possível integrar facilmente no sistema sem fios estações sem fios pré-definidas, as quais tenham sido ampliadas com módulos de entrada e saída analógicos ou digitais alinháveis. A taxa de transmissão Profibus até 12 MBit/s é selecionada automaticamente – portanto sem configuração. A seleção do endereço Profibus do gateway decorre através do botão DIP.

Bernd Gumm, diretor da subestação elétrica e supervisor da barragem em Niederhausen

Bernd Gumm, diretor da subestação elétrica e supervisor da barragem em Niederhausen

"A configuração e colocação em funcionamento do módulo sem fios RAD Line, do gateway Profibus assim como do modem SHDSL é simples", explica Bernhard Beicher, o qual era responsável pela colocação em funcionamento. "A comunicação sem fios é para nós também no futuro uma alternativa a soluções por cabo noutras partes da central", adiciona Bernd Gumm, diretor em Niederhausen.

Sistema sem fios de confiança para dados I/O e de série

A tecnologia sem fios robusta e de confiança Trusted Wireless da Phoenix Contact é adequada em sistemas industriais para transmitir pequenas quantidades de dados de forma cíclica e através de grandes distâncias de até três quilómetros. Sinais de comando digitais e sinais de sensores analógicos são recebidos e reencaminhados pelos módulos RAD Line I/O. A linha de produtos está disponível como sistema unidirecional e bidirecional. Para além da ligação ponto-a-ponto e ponto-a-multiponto, os repetidores garantem uma ligação independente de obstáculos ou longas distâncias.

Resumo

A família de produtos de série RAD Line permite a transmissão de dados em série através do interface RS232, RS422 ou RS485, assim como sinais analógicos e digitais numa rede mista. Na rede sem fios, a qual é composta por um mestre e até 254 escravos, todos os módulos escravos podem funcionar também como repetidores. Os componentes de sistema fáceis de usar estão certificados segundo as diretivas 94/9/EG (ATEX) assim como IECEx, de maneira que podem ser utilizados em áreas potencialmente explosivas (zona 2).

Phoenix Contact S.A.

Sintra Business Park,
Edifício n°1
Zona Industrial da Abrunheira
2710-089 SINTRA

Horário: 9h -13h e 14h -18h
(+351) 21 911 2760

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