Trådlöst baserad kommunikation i vattenkraftverket

Enkelt hanterbar och kostnadseffektiv lösning

Generatorer i vattenkraftverket Niederhausen

Generatorer i vattenkraftverket Niederhausen

Nivåövervakningen av den anslutna vattenreservoaren ingår i driften av vattenkraftverket Niederhausen. De förmedlade värdena samt drifttillstånden för högvattens- och grundvattens-avvattningspumparna överförs till en trådlös mastermodul i ett av vattentornen via det trådlösa systemet Trusted Wireless.

Därifrån vidareleds datana via SHDSL-modemet till ett centralt styrsystem i kraftverkshuset.

Användning

Niederhausen i Rheinland-Pfalz utmärker sig genom mer än det idylliska läget mitt i Weinbergen. I stadens omedelbara närhet finns även en vattenreservoar på 800000 kubikmeter, som attraherar många motionärer och personer som vill koppla av.

Befolkningen uppskattar avkopplingen genom vattenreservoaren, som även fungerar som viktiga komponenter för strömförsörjningen för området Nahe-Huhnsruck. Vid dess strand byggdes ett vattenkraftverk och en transformatorstation, som tillhör RWE-koncernen i Essen. Anläggningarna drivs av RWE Deutschland AG och RWE Power AG.

Lösning

Höjdskillnaden bestämmer vilken strömmängd som alstras

1926/27 drog dåvarande Rheinisch-Westfälische-Elektrizitätswerk Aktiengesellschaft en 110-/20-kV-transformatoranläggning och en 110-kV-dubbelledning från Koblenz till Niederhausen. Därmed fick orten en central betydelse, eftersom det samtidigt byggdes ett vattenkraftverk där, som gick bra att kombinera med transformatorstationen. Som ett resultat matade energiproducenten 1928 för första gången ledningsnätet med ström som utvunnits från Niederhausens vatten. 

Vattenkraftverket i Niederhausen räknas fortfarande som ett av de största anläggningarna i regionen Rhein-Nahe-Hunsrück. För närvarande levererar det ström till omkring 1400 tariffkunder. Vattenreservoaren spelar en viktig roll i energiproduktionen. Dess vatten tillförs genom en 760 meter lång tilloppskanal med två lodrätt arrangerade Kaplanturbiner, som är installerade i kraftverksbyggnaden. Vågens vridrörelse driver en generator, som är förbunden med turbinerna via lodrätt stående axlar. Sedan leds vattnet tillbaka till Nahe via den djupare liggande utflödeskanalen.

Strömutbytet beror på höjdskillnaden mellan in- och utflödeskanalen. På så sätt sjunker den utvunna energimängden, när nivån i vattenkanalen för utflöde stiger vid högvatten vilket medför att höjdskillnaden till inflödeskanalen minskar. Den optimala genomflödesmängden i kanalen är cirka 45 kubikmeter per sekund. Vid detta värde levererar de båda turbinerna den största möjliga strömmängden.

Övervakningsstationerna leder signaler vidare till de trådlösa mastermodulerna

Vattenreservoaren har ett dammsystem som reglerar tillförseln av vatten till tilloppskanalen. För att säkerställa en tillförlitlig drift av kraftverket, behöver vattenreservoarens nivå övervakas. I detta syfte krävs det att vattennivån mäts och att högvatten- och grundvattenpumparna övervakas. För att permanent kontrollera pumparnas drifttillstånd samt deras nivåer konstruerades ett trådlöst system för vattenreservoaren. Här skulle en möjlig alternativ kabellösning kräva för mycket arbete och vara för dyr. Phoenix Contacts trådlösa system Trusted Wireless centrala punkt är ett av vattentornen. I byggnaden finns en kopplingsbox med den trådlösa mastermodulen, som är kopplat till en Profibus-Gateway.

Ytterligare övervakningsstationer är ett nivåmäthus och tre små pumphus. I dessa fyra byggnader finns respektive trådlösa moduler i kombination med analoga eller digitala in- och utmatningsenheter monterade. Wireless-komponenterna överför signalerna till den trådlösa mastermodulen i signaltornet. I nivåmäthuset registreras sjöns aktuella vattennivå kontinuerligt, så att kraftverkets medarbetare snabbt kan reagera på ändringar. Tidigare lästes data av med en nivåklocka och det var mycket tidsödande. I de små pumhusen läses felmeddelanden från pumphusen av trådlöst och leds vidare till mastermodulerna i signaltornen.

Nivåmäthus och dammsignalanläggning med vattentornen  

Visuell kontakt mellan nivåmätningshuset och dammsignalanläggningen med vattentornen

Phoenix Contacts Profibus-SHDSL-modem används som en ekonomisk lösning. Ett modem är integrerat i signaltornet och är kopplat till dess Profibus-Gateway. Den andra enheten finns bredvid Vipa-styrsystemet i kraftverksbyggnadens kopplingsskåp. Vipa-styrsystemet som fungerar som Profibus-DP-master upptar samtliga signaler till driftanläggningarna. De är kopplade till en Profibus-Gateway (Profibus-Slave) via SHDSL-modemet. Den Profibus-Gateway som är monterad i signaltornets kopplingsbox använder sitt RS232-gränssnitt för kommunikation med den trådlösa mastermodulen i produktserien RAD-Line Serial.

Den trådlösa mastermodulen bygger anslutningen till de fyra avlägsna trådlösa repeater/slave-enheterna, varvid systemet kan expanderas till maximalt tio wireless-moduler. Med Trusted Wireless-tekniken överbryggas typiskt två kilometer mellan två enheter vid fri sikt. Varje trådlös repeater/slave-modul kan uppta signaler via de uppradbara I/O-expansionsmodulerna och samtidigt överföra data till ytterligare enheter. Repeaterfunktionen möjliggör att större avstånd och hinder övervinns.

SHDSL-modemen sörjer för en tillförlitlig kabelbunden kommunikation

Eftersom det planeras en ombyggnad av styrtekniken i vattenkraftverket i Niederhausen förbereddes det trådlösa systemet redan för upptagning av ytterligare signaler, enligt Bernhard Beicher på RWE Power AG från Bernkastel-Kues. Hit räknas överföringen av pumparnas motorström. Såsom nämnts tidigare, upptas signalerna i signaltornet och omvandlas direkt till Profibus-protokoll via Profibus-Gatewayen. Styrsystemet är installerat i kraftverksbyggnaden omkring 800 meter bort. För anslutning av centrala styrsystem och Profibus-Gateway återkopplar de ansvariga till en befintlig kabelanslutning för att hålla kostnaderna nere. Eftersom det handlar om en enkel kopparledning kan Profibus-signalen inte utan vidare bytas ut via kabeln. Beroende på överföringshastigheten är segmentlängden begränsad till upp till 100 meter.

Överföringshastigheten ställs in automatiskt

Den trådlösa lösningen RAD-Line Serial-IO arbetar i det licensfria frekvensbandet 2,4-GHz. Wireless-modulerna konfigureras med en kostnadsfritt tillgänglig mjukvara. En assistent leder användaren genom momenten som behövs. Gatewayen integreras även den med liten ansträngning via sin GSD-enhetsbeskrivningsfil som Slave-enhet i styrsystemets Profibus-DP-nätverk. Därför kan de fördefinierade trådlösa stationerna i fält, som kompletterats med uppradbara analoga eller digitala in- och utmatningsmoduler, integreras enkelt i det trådlösa systemet. Profibus-överföringshastigheten på upp till 12 MBit/s ställs in automatiskt – alltså utan konfiguration. Valet av gatewayens Profibus-adress sker via DIP-omkopplare.

Bernd Gumm, områdesansvarig för transformatorstationen dammskyddet i Niederhausen.

Bernd Gumm, områdesansvarig för transformatorstationen dammskyddet i Niederhausen.

"Konfigurationen och idrifttagningen av trådlösa RAD-Line-moduler, Profibus-Gateways och SHDSL-modemet var enkla att utveckla", förklarar Bernhard Beicher som var ansvarig för idrifttagningen. "Den trådlösa kommunikationen är ett verkligt alternativ till kabelbundna lösningar i andra delar av vattenverket även i framtiden", kompletterar Bernd Gumm, områdesansvarig i Niederhausen.

Tillförlitligt trådlöst system för I/O- och seriella data

Den robusta och tillförlitliga trådlösa tekniken Trusted Wireless från Phoenix Contact erbjuds för industriella anläggningar, för att cykliskt överföra små datamängder över stora avstånd på typiskt upp till tre kilometer. Digitala omkopplingssignaler och analoga givarsignaler upptas av RAD-Line-I/O-modulerna och kopplas vidare. Produktlinjen finns som enkelt och dubbelriktat system. Utöver punkt-till-punkt- och punkt-till-multipunkt-anslutningen sörjer repeatern för överbryggningen av hinder eller längre avstånd.

Summering

Produktportföljen RAD-Line Serial tillåter överföring av seriella data över RS232-, RS422- eller RS485-gränssnitt samt av analoga och digitala signaler i ett maskat nätverk. I ett trådlöst nätverk, som består av en Master och upp till 254 slaves, kan varje Slave-Modul även användas som repeater. Systemkomponenterna är lätta att använda, är certifierade enligt direktivet 94/9/EG (ATEX) samt IECEx, så att de kan användas i områden med explosionsrisk (zon 2) både nationellt och internationellt.

PHOENIX CONTACT AB

Linvägen 2
S-14144 Huddinge
+46 (0)8 - 608 64 00

Denna webbplats använder cookies, genom att fortsätta surfa på webbplatsen godkänner du vår användning av cookies.
Läs vår sekretesspolicy för mer information.

Stäng