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Rockwell Automation Standardisiertes Steuerungssystem

Autor / Redakteur: Reiner Wippermann / Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Ein Anbieter von Steuerungslösungen hat das gesamte Erdgasnetz eines niederländischen Gasversorgungsunternehmens integriert und vereinheitlicht. Dort steht die Sicherheit an erster Stelle. Es wurde ein Standard geschaffen, der sich auch für andere Märkte eignet.

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Für das Projekt wurde eine geteilte Lösung entwickelt, bestehend aus einer normalen CPU (Hauptprozessor) und einer Sicherheitssteuerung, die allen Anforderungen an die funktionale Sicherheit gerecht wird.
Für das Projekt wurde eine geteilte Lösung entwickelt, bestehend aus einer normalen CPU (Hauptprozessor) und einer Sicherheitssteuerung, die allen Anforderungen an die funktionale Sicherheit gerecht wird.
(Bild: Rockwell)

Im Jahr 2013 entschied sich Gasunie zur Ausschreibung eines neuen, einheitlichen Steuerungssystems für seine mit Gasturbinen betriebenen Verdichter in den Niederlanden.

Das Unternehmen betreibt und unterhält ein 15.500 km langes Leitungsnetz sowie zahlreiche Stationen für die Aufbereitung und Verteilung von Gas. Dazu gehören 22 Verdichterstationen, 19 Mischstationen, 93 Regel- und Messanlagen, 14 Exportstationen, 1300 Gasübergabestationen, zwei Stationen zur Luftzerlegung und eine Reihe von Speichereinrichtungen für Flüssigerdgas (LNG), Erdgas und Stickstoff.

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Aufgrund vorheriger Erfahrungen der Ingenieure von Gasunie mit Rockwell Automation und dank der Offenheit, Flexibilität, Skalierbarkeit und Konnektivität der Rockwell-Automation-Technik, verbunden mit dem tiefgreifenden technischen und anwendungsbezogenen Know-how von Bilfinger Greylogix, erhielt der System Integrator Ende 2014 den Zuschlag. Allen-Bradley-Produkte (eine Marke von Rockwell Automation) bilden dabei den wesentlichen Teil der Steuerungslösung und komplettieren die Automatisierungsebene zur Steuerung der Gasturbinen.

In einem ersten Schritt bestand die Aufgabe von Bilfinger Greylogix zunächst in der Standardisierung. Das Projekt sah vor, einheitliche Betriebsmodelle und -verfahren für 50 Gasturbinen (acht unterschiedliche Modelle von drei verschiedenen Herstellern) zu erstellen, um Unwägbarkeiten beim Einsatz unterschiedlicher Steuerungssysteme zu beseitigen.

Der Standardisierung folgte dann 2016 das eigentliche Modernisierungsvorhaben. An der Verdichterstation Ommen begann Bilfinger Greylogix damit, sechs Einheitenleitsysteme (UCP) von zwei unterschiedlichen Herstellern auszutauschen.

Standardisierung als Herausforderung

Klaus Thomas, Teammanager für die Bereiche Gasturbinen und Verdichteranlagen bei Bilfinger Greylogix, erklärt: „Das Einheiten-Steuerungssystem einer Gasturbine muss etwa alle 15 bis 20 Jahre modernisiert werden, auch wenn die Turbine selbst je nach Betriebsstunden gut 40 Jahre lang genutzt werden kann.“

„Das gesamte Standardisierungsprojekt hatte zum Ziel, einen allgemeinen Standard für alle 50 UCP zu schaffen“, fährt er fort. „Je nach Turbinentechnik war mit geringfügigen Veränderungen zu rechnen, aber die allgemeine Devise lautete: ‚Was identisch sein kann, sollte es auch sein.‘ Als Herzstück müssen die UCP nicht nur die üblichen Steuerungs- und HMI-​Funktionen bieten, sondern auch spezielle Instrumentierung zur Drehzahl- und Schwingungsüberwachung unterstützen. Sie stellen in diesem Bereich sehr spezifische Anforderungen, die über konventionelle Instrumente deutlich hinausgehen. Zudem mussten wir eine Lösung in Betracht ziehen, die für unterschiedliche Kommunikationsprotokolle geeignet war und an verschiedene Drittanbietersysteme angebunden werden konnte.“

Integrierte Lösung

„Es war ein sehr langer Ausschreibungszeitraum und unser Angebot basierte von Anfang an auf einer Integrated-Architecture-Lösung von Rockwell Automation“, so Thomas. „Dies ist meiner Meinung nach einer der Gründe, warum wir den Auftrag erhalten haben. Ga­sunie setzte eine Vielzahl von OEM-Systemen anderer Automatisierungsanbieter ein, war jedoch bereits mit Produkten der Marke Allen-Bradley vertraut und von dieser Wahl überzeugt. Die Projektanforderungen entsprachen darüber hinaus weitgehend den bereitgestellten Funktionen der Rockwell-Automation-Lösung.“

Geteilte Steuerungslösung

Primär werden die Turbinen von programmierbaren Allen-Bradley-Controllogix-Automatisierungssteuerungen (PAC) gesteuert, die über OPC-Verbindungen mit dem Visualisierungssystem (HMI) kommunizieren. „Die CPU-Anforderungen sind in der Tat sehr hoch“, erläutert Thomas, „aber wir hatten Glück, dass Rockwell Automation vor Kurzem die Controllogix 1756-L85E PAC, also eine leistungsstärkere CPU, auf den Markt gebracht hat, die die gestellten Anforderungen sogar übertrifft.“

Die Haupt-UCP umfassen dabei zwei Schaltschränke, wobei einer vollständig mit Allen-Bradley-Hardware und das andere mit Komponenten wie Netzteilen, Klemmleisten, Trennverstärkern, Sicherungen und Zenerbarrieren von Drittanbietern ausgestattet ist.

Die Sicherheitslösung war ein wesentlicher Bestandteil der gesamten Steuerungsinfrastruktur. „Beim Umgang mit Erdgas geht es immer auch um die Sicherheit“, erklärt Thomas. „Diese erreichen wir mithilfe von Barrieren oder auf Atex-Standards basierenden Signalverarbeitungseinheiten. Außerdem erfüllen wir Hazop/SIL, um die sicherheitsbezogenen Anforderungen des Systems zu komplettieren. Wir entwickelten schließlich eine geteilte Lösung, bestehend aus einer ‚normalen‘ CPU, nämlich der Controllogix und der Sicherheitssteuerung Allen-Bradley Guardlogix, die allen Anforderungen an die funktionale Sicherheit gerecht wird.“

Ein weiterer wichtiger Aspekt des Projekts war die Instrumentierung. „Zu Projektbeginn gab Gasunie zunächst eine auf etablierter Technik basierende Lösung vor“, führt Thomas weiter aus. „Wir gingen jedoch einen Schritt über diese Blackbox-Technologie hinaus und definierten ein System mit zusätzlichen Allen-Bradley-Lösungen für die Schwingungs- und Drehzahlmessungen.

Einige andere Automatisierungsanbieter haben zwar eine Drehzahlmessung, jedoch nicht die erforderliche Funktion zur Schwingungsüberwachung, ein weiterer Vorteil der Rockwell-Automation-Architektur und Allen-Bradley-Dynamix-1444-Systeme. Es stellte sich heraus, dass wir kein dediziertes System benötigen, um die für diese Turbinen erforderlichen Zustandsüberwachungsfunktionen mit einer spezifischen zeitkritischen Funktion in den UCP und Reaktionszeiten von circa 20 ms zu verwirklichen.“

Wartung wird deutlich vereinfacht

Dank des Standardisierungsprozesses und der anschließenden Implementierung von Rockwell-Automation-Lösungen nutzt Gasunie nun verschiedene integrierte Lösungen, die alle auf der Plattform eines einzigen Anbieters ausgeführt werden. Neben dem so wichtigen vertrauten Erscheinungsbild aller UCP wird die Wartung deutlich vereinfacht und die Ersatzteilbevorratung effizienter.

Bilfinger Greylogix hat zudem einen Dienstleistungsvertrag von Gasunie erhalten, der unter anderem Wartungsservices, Ersatzteilmanagement und ausführliche Beratung zu Allen-Bradley-Systemen umfasst. Die integrierte Lösung lässt sich darüber hinaus deutlich einfacher skalieren und erweitern – auch wenn die neue Architektur voraussichtlich die nächsten Jahre erst einmal so bestehen bleibt.

„Die Instrumentierung, basierend auf Allen-Bradley-Lösungen, überzeugt mit deutlichen Vorteilen“, so Thomas. „Die Systemkosten pro Kanal lagen um einiges niedriger als beim bisherigen Blackbox-Ansatz. Die vorhergehende Lösung beanspruchte außerdem mehr Platz im Schaltschrank sowie zusätzliche Verdrahtung. Mithilfe der neuen Lösungen kann Gasunie Schwingungsdaten direkt im HMI- beziehungsweise PAC-System einsehen, das heißt, die Daten sind sofort nutzbar.

Durch die Echtzeit-Datenerfassung in einer Datenbank können die Daten außerdem direkt kontextualisiert werden, sodass eine größere Echtzeitgenauigkeit erzielt und ein Vergleich historischer Daten möglich wird.“ Über die Zusammenarbeit von seinem Team mit den Technikern und Ingenieuren von Rockwell Automation merkt Thomas an: „Alle meine Kollegen, die mit dem Team Kontakt hatten, waren sehr zufrieden. Wir haben den Grundstein für eine langfristige Zusammenarbeit gelegt. Es hat alles perfekt gepasst!“

Grundlage für weitere Projekte

„Mit dem Standard, den wir für Gasunie auf Basis der Rockwell-Automation-Lösungen geschaffen haben“, bemerkt Thomas abschließend, „möchten wir nun auch andere Märkte adressieren. Wir konzentrieren uns nicht nur auf eine Art von System, vielmehr verfügen wir über umfangreiches Know-how in vielen Technikbereichen. Aber es dient auf jeden Fall als erstklassiges Fundament. Die Komponenten von Allen-Bradley haben uns geholfen, eine optimale Lösung zu entwickeln, die nun die Grundlage für zukünftige Projekte bildet. Wir denken derzeit über Projekte in Kraftwerken in Nordeuropa nach und beteiligen uns an Ausschreibungen für andere Modernisierungsprojekte, wobei alle unsere Angebote auf Rockwell-Automation-Technik basieren.“

* Reiner Wippermann ist Mitarbeiter bei der Rockwell Automation GmbH in 40468 Düsseldorf

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