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Einfach, flexibel und sicher

Temperaturmessung auf der Kohlehalde mit Wireless-Lösung
Einfach, flexibel und sicher

Wie kann für Sicherheit gesorgt werden, wenn die dafür notwendigen Einrichtungen veränderlich sein müssen? Ein Betreiber von Kohlekraftwerken setzt hier auf eine Wireless-Lösung von Endress+Hauser zur Überwachung der Temperatur auf seinen Kohlehalden. Denn eine konventionelle Installation, also die dauerhafte Installation und Kabelverlegung für die Spannungsversorgung des Messgerätes sowie zur Datenübertragung, kommt auf der Kohlehalde nicht in Frage. Zwar bleiben die Kohlehalden für lange Zeit unberührt, jedoch müssen sie bei Engpässen schnell abbaubar sein.

Arne Kröger ist Marketingmanager Automatisierung bei Endress+Hauser in Weil am Rhein

Eines der größten Kohlekraftwerke, mit einer Nettoleistung von ca. 2.000 MW, verbraucht bei einer Stromproduktion von ca. 11.000 GWh ungefähr vier Millionen Tonnen an Steinkohle. Täglich werden deshalb ca. 22.000 Tonnen an Kohle per Bahn geliefert. Neben dem Kraftwerk können bis zu 350.000 Tonnen an Steinkohle gelagert werden, um Schwankungen oder Lieferengpässe auszugleichen. Im Ernstfall würde das für ungefähr vier Wochen ausreichen. Da in Deutschland Kohle nicht mehr wettbewerbsfähig abgebaut werden kann, wird diese zunehmend importiert. Die importierte Kohle bringt leider nicht nur Vorteile mit sich.
Physik und Chemie kosten Geld
Im Vergleich zur Kohle aus Deutschland enthält Kohle aus Importländern wie China, Australien oder Südafrika mehr Anteile an flüchtigen Gasen. Ein großer Bestandteil davon ist Schwefel. Die enormen Mengen an gelagerter Kohle sind den natürlichen Gesetzen unterworfen. So herrscht auf den innenliegenden Kohleschichten ein enormer Druck und gleichzeitig beginnt die Kohle auszugasen. Mit der Zeit können sich unter geeigneten Umständen sogenannte Glimmnester bilden, sofern keine Vorkehrungen getroffen werden. Diese Kohle ist anschließend unbrauchbar. So gehen beispielsweise in China jährlich bis zu 25 Millionen Tonnen an Steinkohle verloren.
Die Glimmnester sind von außen nicht ersichtlich und durch den schleichenden Prozess sind sie nur schwer zu entdecken. Wenn sie zu spät bemerkt werden, ist die Schadensbekämpfung mit viel Aufwand hinsichtlich schweren Geräten und Personal verbunden. Das sind für den Betreiber vor allem hohe Kosten. Um diese Großeinsätze zu vermeiden, möchte der Betreiber rechtzeitig über potentielle Glimmnester Bescheid wissen, um entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten zu können. Mit einer zentralen Anzeige der Temperatur in der Kohlehalde wäre das Problem gelöst.
Vorausschauende Überwachung
Eine konventionelle Installation, also die dauerhafte Installation und Kabelverlegung für die Spannungsversorgung des Messgerätes sowie zur Datenübertragung, kommt auf der Kohlehalde nicht in Frage. Zwar bleiben die Kohlehalden für lange Zeit unberührt, jedoch müssen sie bei Engpässen schnell abbaubar sein. Darüber hinaus ist aus Sicherheitsgründen eine elektrische Verdrahtung hier nicht möglich. Die Messgeräte müssen variabel bleiben, von Zeit zu Zeit werden sie demontiert und an einer anderen Stelle erneut installiert.
Aus diesem Grund wird hier eine autarke und drahtlose Datenübertragung gefordert, die einfach und schnell realisiert werden kann. Der Komplettanbieter Endress+Hauser hat hierfür eine geeignete Lösung. Zur Überwachung wird die Temperatur an zwanzig verschiedenen Stellen mit ein bis zwei Meter langen Temperaturmessgeräten in der Kohlehalde erfasst. Als Messaufnehmer werden TR12 Widerstandsthermometer mit iTemp TMT182 als Kopftransmitter eingesetzt. Die Temperaturfühler sind ausgelegt für Temperaturen bis zu 650°C und liefern lineare Werte von -200 bis 600°C. Jede Messstelle ist mit einer WirelessHART-Datenübertragung ausgestattet. WirelessHART erfüllt alle Anforderungen des Betreibers und die Kosten zur Schadensbekämpfung entfallen.
Die Lösung: WirelessHART
Die WirelessHART-Lösung von Endress+Hauser besteht aus einem zentralen Zugangspunkt für die drahtlos übermittelten Daten, einem sogenannten Gateway und den Adaptern, die die Daten aus den Messgeräten erfassen und versenden. An jedes beliebige Feldgerät, das seine Informationen via HART oder 4…20 mA zur Verfügung stellt, kann ein Adapter montiert werden. Durch die integrierte Batterie kann das Feldgerät mit Energie versorgt werden, eine zusätzliche Spannungsversorgung ist nicht mehr nötig. Je nachdem, wie häufig die Informationen übertragen werden und welches Messgerät versorgt wird, hält die integrierte Batterie über mehrere Jahre, bevor sie ausgewechselt werden muss. Der Austausch kann selbst in den explosionsgefährdeten Bereichen (bis Ex-Zone 1) durchgeführt werden.
Jeder Adapter kann Daten senden und empfangen, also auch Daten von anderen Teilnehmern weiterleiten. Hindernisse können durch den Einsatz des Adapters als Repeater überwunden oder umgangen werden. Dadurch wird ein vermaschtes Netzwerk aufgebaut und eine sichere Datenübertragung gewährleistet. Um die Organisation, über welche Teilnehmer im Netz die Daten geleitet werden, kümmert sich der Netzwerkmanager im Gateway. Er erkennt Veränderungen im Netzwerk und passt die Kommunikationspfade gegebenenfalls automatisch an. Dabei werden zusätzliche Informationen aus den Adaptern kontinuierlich bewertet, wie die Lebensdauer der Batterien und die Signalstärke. Einen schnellen Zugriff auf Informationen über das Netzwerk ermöglicht auch der Webserver des Gateways, über dessen webbasierte Oberfläche das Gateway auch konfiguriert und Zuordnungen der Daten für den übergeordneten Zugriff vorgenommen werden können.
Einstellungen werden vorab konfiguriert
Jedes Temperaturmessgerät für die Kohlehalde ist mit einem WirelessHART-Adapter ausgestattet. Netzwerkkennung, Schlüssel und die Grundeinstellungen wie die zu übertragenden Informationen wurden vorab konfiguriert. Vor Ort werden nur noch die Messstellen installiert und nacheinander die Batterien der Adapter eingesteckt. Je nach Anforderung wird eine beliebige Anzahl an Messungen auf der Kohlehalde aufgestellt, das können vier, zehn oder auch alle zwanzig Messgeräte sein. Drei bis fünf zusätzliche Adapter sind als Repeater installiert, um Informationen an das Gateway weiterzuleiten.
Etwa alle fünf bis zehn Minuten erfasst der Adapter den Messwert vom Temperaturtransmitter. In der Zwischenzeit wird das Messgerät vom Adapter ausgeschaltet, um Energie zu sparen. Der Adapter selbst bleibt aktiv. Er leitet gegebenenfalls Daten von anderen Messstellen weiter oder sendet eigene Informationen, wie die Batterielebensdauer zum Gateway.
Im Gateway, das sich an der Außenfassade des Kraftwerkes befindet, werden die Daten in Registern zur Verfügung gestellt. Sie werden von einem elektronischen Datenschreiber, dem sogenannten Memograph M über das Protokoll Modbus RTU ausgelesen, das im Anlagenpult in der Leitwarte installiert ist. Hier haben die Mitarbeiter nun die Möglichkeit, die aktuellen Temperaturen zu beobachten. Bei Überschreitung vorgegebener Grenzwerte wird eine Alarmierung ausgelöst. Mit der autarken und drahtlosen Temperaturüberwachung via WirelessHART ist der Betreiber in der Lage, den Anstieg der Temperatur in der Kohlehalde zu erkennen und frühzeitig entsprechende Vorkehrungen zu treffen. Glimmnester sind somit ein Phänomen der Vergangenheit; auf aufwändige und teure Schadensbekämpfungen kann verzichtet werden. ge

INFO-TIPP
Informationen über den Standard WirelessHART bietet die HART Communication Foundation:

PRAXIS PLUS
Der WirelessHART-Adapter SWA70 ist ein Funkmodul zur drahtlosen Übertragung von 4…20 mA- bzw. HART-Signalen von angeschlossenen Feldgeräten an ein Gateway. Zur Energieversorgung stehen eine Batterie oder elektronisch geregelte Netzteile zur Verfügung. Der Einsatz des WirelessHART-Adapters ermöglicht die Überwachung und Optimierung von Anlagenteilen bei geringen Kosten und minimalem Aufwand. Messwerte werden zusammen mit dem Geräte- und Batteriestatus in regelmäßigen Zeitabständen an ein übergeordnetes System übermittelt. Wireless-Geräte werden an kritischen Punkten in der Anlage montiert, die normalerweise wegen schlechter Zugänglichkeit oder hoher Verdrahtungskosten nicht an die Warte angebunden sind. Verbesserter Datenfluss und Diagnose erhöhen die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Anlage.
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