Parametrieren statt Programmieren Wasserhebung im Lausitzer Revier

Das Braunkohlevorkommen der Lausitz – im Grenzgebiet zwischen Sachsen, Brandenburg und Polen – entstand vor etlichen Millionen Jahren. Etwa 3,6 Milliarden Tonnen gelten als gewinnbar, ungefähr 1,3 Milliarden Tonnen davon wurden bereits erschlossen. In diesem Revier fördert Vattenfall im Tagebaubetrieb Braunkohle, die in 35 bis 120 Metern Tiefe liegt. Das Kohleflöz ist zwischen 8 und 16 Metern mächtig und wird mit speziellen Abbaugeräten und -technologien von der darüber liegenden Abraumschicht freigelegt und abgetragen. Entwässerungsanlagen effizient betreiben Um in dieser Tiefe überhaupt Kohle fördern zu können, betreibt Vattenfall mehr als 2.500 Filterbrunnen zur Entwässerung des Abbaugebietes. Maßnahmen zur Grundwasserabsenkung beginnen bereits einige Jahre vor dem Aufschluss und sind während der gesamten Betriebszeit des Tagebaus erforderlich. Dazu werden Brunnen bis in die Liegendschichten unter der Kohle gebohrt und mit Filterrohren ausgerüstet. Aus den bis zu 180 Meter tiefen Filterbrunnen \’heben\‘ Unterwassermotorpumpen das Grundwasser und führen es anschließend über ein großflächig vernetztes Wasserableitungssystem den Grubenwasserreinigungsanlagen (GWRA) zu. Um das Wasser in natürliche Gewässer einleiten sowie als Brauchwasser für die Industrie oder als Trinkwasser aufbereiten zu können, sind bei der Wasserbehandlung strenge Parameter zum Erreichen der Wasserqualität einzuhalten. Die Filterbrunnen sind im Fördergebiet in Linienstruktur als Feld- und Randriegel angelegt. Durch den kontinuierlichen Kohleabbau schreitet der aktive Tagebaubereich in Abbaurichtung voran, sodass die Anlagentechnik immer wieder demontiert und erneut aufgebaut werden muss. Der Rück- und Wiederaufbau erforderte neben baulichen Maßnahmen auch erhebliche Programmierarbeit an den Automatisierungseinrichtungen. Um den Entwässerungsbetrieb zukünftig noch effizienter betreiben zu können beschloss Vattenfall, die bestehende Anlagentechnik zu erneuern. An ihre Stelle soll moderne Elektro- und Feldgerätetechnik sowie Steuerungs- und Prozessleittechnik treten. Neues Anlagenkonzept vereinfacht Entwässerungsbetrieb Für die Energieversorgung, Steuerung und Überwachung von Pumpenaggregaten, Messstellen und Armaturenantrieben werden bereits seit Mitte der 1990er-Jahre erprobte und optimierte Standardbaugruppen wie Kompakt-Transformatoren-Stationen (KTS) und Pumpensteuerschränke eingesetzt. Für eine Anlagenerneuerung sprachen jedoch die schwieriger gewordene Beschaffung von Komponenten, zunehmende verschleißbedingte Ausfälle sowie die geplante Erhöhung der Brunnenanzahl. Im Vorfeld der Planungen wurde die bisherige Anlagenstruktur analysiert und ein zukunftsweisendes Anlagenkonzept erstellt. Eine durch BEA im Auftrag von Vattenfall erstellte Studie ­berücksichtigte dabei alle elektrotechnischen Anlagenteile von der Transformator-Station, den Schaltanlagen und Steuerschränken über die Sensorik und Feldgeräte bis hin zur Datenübertragung und Anwendungssoftware. Entwicklungsziele waren eine vereinfachte Bedienung, eine verbesserte Modularität und gute Kompatibilität zur bestehenden Anlage. Das technische Büro bei Vattenfall forderte vom neuen Anlagenkonzept den direkten Zugriff vom Leitstand bis zum Sensor auf der Basis von Ethernet-Technologien. Als Vattenfall das Projekt 2007 ausschrieb, konnte sich der Automatisierer BEA im Wettbewerb mit anderen Anbietern durchsetzen und erhielt den Auftrag für eine Pilotanlage im Tagebau Reichwalde. Als Automatisierungskomponenten wählten die Verantwortlichen das Wago- I/O-System mit dem programmierbaren Ethernet-Controller 750-841 für die Pumpensteuerung und dem I/O-IPC 750-870 im Riegelsteuerschrank. Vorteil dieses System ist sein modularer Aufbau und die große Auswahl an Ein- und Ausgangsklemmen beispielsweise einer Analogeingangsklemmen 4 bis 20mA mit Hart-Protokoll sowie verschiedene Schnittstellenmodule. \“Das I/O-System mit Ethernet-Controller und IPC erfüllt viele der geforderten Kriterien bereits von Hause aus. Durch seine Programmierbarkeit konnte auch eine Bluetooth-Kommunikation zur Parametrierung der Betriebsdaten sowie die Kommunikation mit intelligenten Feldgräten in CoDeSys realisiert werden\“, resümiert Armin Noack, Projektleiter bei BEA. Der Anspruch an die modulare Gestaltung wurde in vielen Anlagenteilen, von der Mittelspannungs- und Niederspannungsschaltanlage bis hin zur Hard- und Software im Automatisierungsteil erfüllt. So kann z.B. ausgehend von einer Kernkonfiguration die Auf- und Abrüstbarkeit der Schaltanlagen und Steuerungen entsprechend den zu erwartenden Einsatzfällen erfolgen. \“Mit modularen Komponenten, wie dem Wago-I/O-System, lassen sich zukunftsfähige Anlagen bauen, da sie Weiterentwicklungen zulassen und im Störungsfall schnell austauschbar sind\“, sagt Henry Hanschke, Geschäftsfeldleiter Wassertechnik bei BEA. Komfortabel und feldtauglich bedienen Neben der Modularität spielt bei der neuen Anlage die einfache Bedienung eine wichtige Rolle. Dies lässt sich mit modernen Kommunikationsmethoden erreichen, wie der FDT-Technologie zur Kommunikation mit den Feldgeräten und Bluetooth zum drahtlosen Auslesen und Parametrieren von Betriebswerten. Beim Programmieren dieser Funktionalitäten erhielt BEA Unterstützung von Klaus Dreiskemper vom Vertrieb Industrieprojekte bei Wago. \“Mit der CoDeSys-Programmierung konnte im Ethernet-Controller ein Device Type Manager (DTM) geschaffen werden, der die Kommunikation mit intelligenten Feldgeräten über Ethernet möglich macht\“, sagt Dr. Matthias Martin, Projektingenieur bei BEA TDL. Der Datenaustausch zwischen Controller und MID erfolgt über das Hart-Protokoll. \“Damit ist der Einsatz magnetisch-induktiver Durchflussmengenmesser (MID) in 2-Leiter-Technik und einem entsprechend verringerten Montageaufwand und Überspannungsschutz möglich\“, ergänzt Projektleiter Armin Noack. Die drahtlose Kommunikation über Bluetooth und RPDA (Robuster digitaler Personal Assistent in Schutzart IP67) spart Zeit, da der Zugriff auf die Betriebswerte vom Standort des Bedieners und ohne Öffnen von Schaltschranktüren möglich ist. Parametrieren statt programmieren Die Riegel- und Pumpensteuerungen sind als ein konfigurierendes Softwaresystem ausgelegt, wodurch sich das Anlagenengineering sehr vereinfacht. Bei Erstinbetriebnahme oder Anlagenänderung infolge Erweiterung oder Rückbau können im System Pumpensteuerungen ergänzt, ersetzt oder entfernt werden, ohne dass programmiert werden muss. Alle Controller einschließlich IPC werden über ein einziges Engineering-Tool konfiguriert und haben einen integrierten Webserver, auf dem Geräte- und anwenderspezifische HTML-Seiten abgespeichert werden können. Damit lässt sich jeder Controller am Client-Terminal mithilfe übersichtlicher Bedienoberflächen komfortabel über das Netzwerk parametrieren und erfordert keine Spezialkenntnisse mehr. Sollte die Kommunikation zu den Steuerschränken oder zum Leitstand gestört sein, so laufen die Steuerungen autark weiter und der Prozess bleibt vor Ort weiter steuerbar. Anlagenkonzept bewährt sich im Feld Nach dem sich die Pilotanlage in der Praxis bewährte hatte, übertrugen die Verantwortlichen das neue Anlagenkonzept auf weitere Tagebaue des Reviers. So realisierte BEA in den letzten Jahren weitere Anlagen mit insgesamt mehr als 600 Pumpen- und 30 Riegelsteuerschränken. Diese erfüllen unter Bergbaubedingungen den Anspruch an eine hohe Anlagenverfügbarkeit. \“Im Ergebnis leistet die gemeinsame Entwicklung einen Beitrag für die Sicherstellung der hydrologischen Erfordernisse im Tagebau\“, resümiert Prozessingenieur Jürgen Karas von der Vattenfall Europe Mining AG und ergänzt: \“Die erreichte Automatisierungslösung ist zum Standard bei Vattenfall geworden.\“ Im Rahmen dieser Entwicklung entstand das Forum \’NAG+\‘ das sich als eine Interessengemeinschaft der beteiligten Projektpartner versteht, und sich mit weiteren Optimierungen und Systemerweiterungen der neuen Anlagengeneration befasst: Aktuell wird der Einsatz des Ethernet-Controllers 750-880 diskutiert.