Profibus-Master ebnet den Weg

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1 BRANCHENFOKUS PROZESSTECHNIK Feldgeräte-Management mit FDT/DTM Profibus-Master ebnet den Weg Die Steuerung des Müllkraftheizwerks basiert auf der redundant aufgebauten Automatisierungsplattform Melsec System Q. Redundante Steuerungstechnik von Mitsubishi Electric schützt die Abfallverbrennungsanlage Nordweststadt in Frankfurt vor Ausfällen: Durch spezielle Entwicklungen hat das Unternehmen seine Automatisierungsplattform Melsec Q systematisch für die Prozesstechnik ausgebaut. Mit einem Profi bus-mastermodul steht auch der Weg für ein einheitliches Feldgerätemanagement offen. AUTOR Dipl.-Ing. Christoph Behler ist Manager der Abteilung Control Systems bei Mitsubishi Electric Europe B.V. in Ratingen. Die Abfallverbrennungsanlage (AVA) in der Frankfurter Nordweststadt wurde 1965 zusammen mit dem benachbarten Heizkraftwerk gebaut, sie versorgt den ganzen Stadtteil mit Strom und Fernwärme. Seit Januar 2004 befindet sich die Anlage im Um- und Ausbau zu einem modernen Müllheizkraftwerk mit einer jährlichen Verbrennungskapazität von bis zu t Hausmüll. Die Moderni- Eine der Linien im Überblick: In der Frankfurter Anlage arbeiten vier solcher Verbrennungsöfen parallel. 70 IEE 51. Jahrgang

2 KOMPAKT Im Zuge der Modernisierung wurden die Abfallverbrennungsanlage in der Frankfurter Nordweststadt und das benachbarte Heizkraftwerk leit- und automatisierungstechnisch mit einheitlicher Technik ausgestattet. Als Automatisierungsplattform dienen mehrere Steuerungen des Typs Melsec System Q, die über Ethernet an die Leittechnik angebunden sind. Alle maßgeblichen Komponenten wie auch die Mitsubishi-Steuerungen sind redundant aufgebaut und die Feldbussysteme ringförmig als Lichtwellenleiter verlegt. Die lokale Kommunikation erfolgt über ein Profibus-Mastermodul der Steuerung, das als Kommunikationsprotokoll DP in der erweiterten Version DP-V1 und in Teilen der Leistungsstufe DP-V2 verwendet. sierung soll im Jahr 2008 abgeschlossen sein, die Kosten dafür betragen voraussichtlich rund 250 Mio. 1. In der AVA Nordweststadt arbeiten parallel vier Verbrennungslinien mit einer Kapazität von je 15 t Abfall pro Stunde. Die bei der Verbrennung mit Temperaturen von bis zu 1000 C frei werdende Energie wird in Dampfkesseln in 500 C heißen Dampf umgewandelt, der unter einem Druck von 60 bar steht. Der überhitzte Dampf dient als Energieträger für das Heizkraftwerk, wo er eine Turbine zur Stromerzeugung antreibt. Die Modernisierung erfolgt schrittweise im laufenden Betrieb. Die Erneuerung des Heizkraftwerks ist weitgehend abgeschlossen, ebenso der Allgemeinteil sowie zwei von vier Linien der Abfallverbrennungsanlage. Sie laufen derzeit im Probebetrieb. Planung, Montage und Inbetriebnahme der Leit- und Automatisierungstechnik erfolgte durch die KH- Automation Projects GmbH, Automatisierungspartner von Mitsubishi Electric. Einheitliche Leit- und Automatisierungstechnik Ziel der Betreiber ist es, die Abfallverbrennungsanlage mit dem Heizkraftwerk zu einem wirtschaftlich und technisch effizienten und damit zukunftssicheren Gesamtsystem zu verknüpfen. Wichtige Aspekte der Modernisierung sind eine bessere Energienutzung und eine umweltschonende Müllverbrennung. Die dezentralen Einund Ausgänge einer technischen Einheit sind über ein Profibus-DP-Netzwerk über Lichtwellenleiter mit der redundant aufgebauten Automatisierungsplattform Melsec System Q verbunden. IEE 51. Jahrgang

3 PROZESSTECHNIK Oberstes Ziel ist jedoch ein zuverlässiger und sicherer Betrieb der Anlage. Zentrale Forderung an die Leittechnik war deshalb, die störungsfreie Prozessführung des Müllheizkraftwerks sicherzustellen. Zudem sollten jederzeit aktuelle Leistungs-, Diagnose- und Wartungsinformationen bereitstehen, die eine kostengünstige, einfache Wartung und Instandhaltung ermöglichen. Um Synergien zwischen den benachbarten Anlagen zu schaffen, installierte KH-Automation Projects in beiden Bauten die gleiche Leit- und Automatisierungstechnik. Eine gemeinsame Leitwarte mit fünf Bedienstationen sorgt für den Überblick über die Anlagen. Als Prozessleitsystem für die gesamte Anlage kommt PMSXpro zum Einsatz. Die Leittechnik von KH-Automation Projects unterstützt den Umbau im laufenden Betrieb und ist online erweiterbar. Dezent - ral in der Anlage verteilte, lokale Prozessstationen erfassen die Prozessdaten der zugehörigen technologischen Einheit etwa einer Verbrennungslinie und übernehmen die Vorverarbeitung sowie die Archivierung der Daten. Das Leitsystem ist über Ethernet mit den Automatisierungsstationen verbunden. Von dort stellt ein Profibus DP-Netzwerk die Verbindung zu den untergeordneten, dezentralen E/A-Baugruppen in der Feldebene her. Komplett redundanter Aufbau Alle für den reibungslosen Ablauf maßgeblichen Komponenten wie auch die Mitsubishi-Steuerungen sind redundant aufgebaut und die Feldbussysteme ringförmig als Lichtwellenleiter verlegt. Die durchgängige Systemarchitektur erlaubt eine übergreifende und einheitliche Bedienung des gesamten Müllheizkraftwerks sowie ein anlagenweites Engineering von einem zentralen Arbeitsplatz aus. Die verwendete Automatisierungsplattform Melsec System Q ist die leistungsfähigste modulare SPS von Mitsubishi Electric. Bis zu vier Prozessoren auf einem Hauptbaugruppenträger teilen sich die Die Abfallverbrennungsanlage und das Heizkraftwerk in der Nordweststadt Frankfurts 72 IEE 51. Jahrgang

4 PROZESSTECHNIK Modulare Steuerungstechnik für die Prozessindustrie Die heute verfügbare Modulpalette für die Automatisierungsplattform Melsec System Q umfasst auch speziell auf die Prozessindustrie zugeschnittene Bausteine. Die modulare Plattform erlaubt den Aufbau redundanter, hochverfügbarer und ausfallsicherer Automatisierungssysteme, den Komponententausch im laufenden Betrieb sowie eine transparente Kommunikation. Zwölf verschiedene Prozessortypen aus drei Familien (SPS, PC, Motion) stehen für das Multiprozessorsystem zur Verfügung. Dazu gehören auch speziell für die Anforderungen der Prozessindustrie entwickelte Hochleistungsprozessoren. Sie sind mit 52 zusätzlichen Prozessregelungsfunktionen ausgestattet. Jüngster Systembaustein ist der C-Controller, ein Mikroprozessormodul mit Echtzeitbetriebssystem (VxWorks) und Programmieruntg in Hochsprache. Die Kombination aus PC-gestützter Steuerungstechnik und klassischer SPS auf einer Plattform unterstützt die nahtlose Integration von unterschiedlichen Automatisierungstechniken. Sie erlaubt somit auch in hybriden Anlagen mit gemischt kontinuierlichen und diskreten Prozessen den Aufbau flexibler und durchgängiger Automatisierungssysteme. Die Programmierung erfolgt je nach Aufgabe und Prozessor in Hochsprache (C++, Vi sual Basic) oder nach dem IEC Standard. Die Automatisierungsplattform Melsec System Q unterstützt eine Selbstdiagnose mit Fehlerhistorie innerhalb der Prozessoreinheit sowie den Zugriff auf Diagnose- und Wartungsinformationen per Fernzugriff über Modem, Internet oder Intranet. Auch die Programmierung ist auf diesem Wege möglich. Diese Funktionalitäten basieren auf einem durchgängigen Datenzugriff der zentralen und dezentralen Peripherie, zum Beispiel durch das neue Profibus-Mastermodul mit FDT/ DTM-Funktionalität. Aufgaben auf den Gebieten Steuerung, Datenverarbeitung und Kommunikation. Speziell für den redundanten Betrieb ausgelegte Hochleistungsprozessoren für die Prozessindustrie übernehmen die Regelungen der Prozessabläufe, so etwa die mit über 20 komplexen Regelkreisen sehr anspruchsvolle Feuerleistungsregelung in den Verbrennungslinien. Der Aufbau der Steuerung erfolgt paarweise. Aktuelle Prozessdaten werden über ein Tracking-Kabel ausgetauscht. Bei Ausfall des laufenden Systems übernimmt die identisch aufgebaute Ersatzsteuerung dessen Aufgaben. Die Umschaltzeit von einer auf die andere Steuerung beträgt nur 22 ms. Ein Modulwechsel ist im laufenden Betrieb möglich, der Prozess läuft ohne Unterbrechung weiter. Kommunikation über DP-V1- und DP-V2-Protokoll Die lokale Kommunikation erfolgt über ein Profibus-Mastermodul der Steuerung. Dieses unterstützt bis zu 125 de - zentrale Feldgeräte (Slaves), z. B. Ein- und Ausgangsmodule, Sensoren, Fühler, Ventile, Antriebe und Frequenzumrichter. Der Profibus-Master (nach IEC 61158/EN 50170) verwendet das Kommunikationsprotokoll DP in der erweiterten Version DP-V1 und in Teilen der Leistungsstufe DP-V2. Auf Basis von DP-V1 unterstützt die Feldbustechnik das Schnittstellenkonzept FDT/DTM. Die DP-V1-Funktionen vereinfachen die Inbetriebnahme, den Betrieb und die Diagnose aller im Netzwerk angeschlossenen Geräte. Sie ergänzen den zyklischen Nutzdatenverkehr zwischen dem Master und den Slaves um IEE 51. Jahrgang

5 BRANCHENFOKUS PROZESSTECHNIK Die Leittechnik im Überblick: Bedienstationen und Großbildprojektionswände von Mitsubishi Electric sorgen in der zentralen Schalt - warte für Übersicht, das Anlagenengineering erfolgt anlagenweit von einer Station im Nebenraum. eine azyklische Bedarfsdatenübertragung. Größere Datenmengen wie Parametersätze lassen sich somit austauschen, ohne den schnellen zyklischen Datenaustausch mit der Prozesssteuerung zu beeinflussen. Zusätzlich steht eine erweiterte Diagnose mit Status- und Alarmmeldungen einschließlich Fehlerquittierung zur Verfügung. Die Protokoll - erweiterung DP-V2 gestattet es zudem, alle Busteilnehmer auf eine Systemzeit zu synchronisieren. Zeitabläufe im Netzwerk können so hochgenau erfasst und aufgezeichnet werden. Einsparungen durch zentrales Feldgerätemanagement Die FDT/DTM-Technologie ermöglihct eine zentrale und einheitliche Installation, Parametrierung und Bedienung von Feldgeräten verschiedener Hersteller. Damit ist ein direkter Zugriff vom Prozessleitsystem über die Steuerung via Feldbus bis hin zu den Sensoren und Aktoren möglich. Gegenüber herkömmlichen Konzepten bietet diese Technologie erhebliche Einsparpotenziale in der Installations- und Betriebsphase. infodirect Melsec SystemQ Profibus-Master 795iee IEE 51. Jahrgang