Migration in kürzester Zeit

Umstellung von SIMATIC S5-95U auf SIMATIC S7-1500 gelang in einem Neubrandenburger Kraftwerk mithilfe der Gesellschaft für Automatisierungstechnik mbH, Solution Partner von Siemens, sowie des TIA Portals in einem besonders engen Zeitfenster.

Neubrandenburg ist eine Stadt mit etwa 65.000 Einwohnern. Für deren energetische Grundversorgung betreiben die Stadtwerke ein Gas- und Dampfturbinenkraftwerk. Eine Besonderheit in Neubrandenburg ist die Möglichkeit, Wärme geothermisch zu speichern. Damit lässt sich der ohnehin hohe Wirkungsgrad, für den dieser Kraftwerkstyp bekannt ist, noch weiter steigern. Die Kapazitäten dafür sind aber begrenzt, so dass der Wärmebedarf die bestimmende Größe für den Betrieb des Kraftwerks ist. Insgesamt werden ca. 75 MW Strom erzeugt. Gleichzeitig entstehen etwa 90 MW Wärme.

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    Retrofit plus Optimierung – bei höchster Verfügbarkeit

    Entscheidend für die Stromgewinnung sind zwei Gasturbinen. Sie ergänzen sich und ersetzen einander, wenn Wartungsarbeiten oder Reparaturen an einer von beiden anstehen. Um sicherzustellen, dass in Neubrandenburg das Licht nicht ausgeht, laufen die Turbinen redundant. Als das Kraftwerk 1996 errichtet wurde, hat die Gesellschaft für Automatisierungstechnik mbH (gat) mit Sitz in Geesthacht die beiden den Turbinen vorgeschalteten Erdgasverdichter automatisiert. Zum Einsatz kam jeweils eine SIMATIC S5-95U und als Panel ein SIMATIC OP5. Die Signale aus dem Ex-Bereich wurden über Koppelbaugruppen eines Drittanbieters angebunden. Nachdem die Ersatzteilversorgung dafür nicht mehr sichergestellt werden konnte, gab der Kraftwerksbetreiber ein Retrofit der Anlage in Auftrag – ebenfalls an gat. Der erfahrene Solution Partner bietet Automatisierungslösungen für alle Aufgaben im Bereich der Elektro-, Mess-, Steuer-, Regel- und Leittechnik aus einer Hand – von der Idee bis zur Übergabe der funktionsfähigen Anlage. Als neue Anforderung an den Siemens Partner kam die Kopplung an ein vorhandenes, übergeordnetes Leitsystem zur zentralen Alarmprotokollierung und Visualisierung hinzu. Dieses sollte über MODBUS die Signale beider Steuerungen empfangen und zentral die Sollwertverstellungen vornehmen können. Die bestehende Verdrahtung in den Ex-Bereich sollte dabei erhalten bleiben.

    Cleveres Konzept: S7-1500 als Verdichtersteuerung und Leitsystem

    Manfred Hackbarth, Prokurist bei gat, entschied sich für die SIMATIC S7-1500, und zwar sowohl zur Steuerung der beiden Verdichter als auch für die gemeinsame Kopplung an das Leitsystem. Die Signale aus dem Ex-Bereich werden jetzt über die bereits eigensichere, dezentrale Peripherie SIMATIC ET 200iSP an die Steuerung angebunden. Eine zusätzliche Kopplerebene über Ex-Barrieren entfällt damit. Als Siemens Solution Partner Automation hatte Hackbarth die S7-1500 bereits bei einer Pilotanwendung kennen und schätzen gelernt. „Durch den Wegfall der Kopplerebene haben wir eine sehr übersichtliche Verdrahtung und eine verringerte Ersatzteilhaltung. Zusätzlich kommt uns die integrierte MODBUS-Schnittstelle der CM5411-PtP-Baugruppe zugute“, erläutert Hackbarth. Mit je einem eigenen SIMATIC Comfort Panel KP1200 ist jeder Verdichter autark betreibbar. Über die Verbindung mit dem Leitsystem entsteht ein redundantes System von höchster Verfügbarkeit, das die Verdichterleistung exakt an den jeweiligen Energiebedarf anpasst.

    Positive Erfahrung mit Konvertern

    Manfred Hackbarth erklärt: „Eine besondere Herausforderung bestand für uns darin, dass wir für die Umstellung insgesamt nur zwei Wochen Zeit hatten. Wir hatten die Möglichkeiten der SIMATIC S5-95U mit komplexen Regelungen recht trickreich ausgereizt. Es wäre unmöglich gewesen, das alles in so kurzer Zeit neu zu programmieren. Deshalb war von Anfang an klar, dass wir die bestehenden Programme konvertieren mussten.“ Die Migration des S5-Programms erfolgte in zwei Schritten: Mit dem S5-Dateikonverter wurde zuerst ein S7-300 Code erzeugt. Dieser wurde dann in ein S7-1500 Programm konvertiert. Manfred Hackbarth hat damit positive Erfahrungen gemacht: „Der Sequenz- und Logikteil wurde vollständig und ohne Probleme übernommen. Es bedurfte auch während der Inbetriebnahme keinerlei Änderungen,“ berichtet er. „Die Analogwertverarbeitung und Regelung wurde im TIA Portal neu programmiert. Dabei wurden vor allem die Vorteile der Gleitkomma-Arithmetik genutzt. Zur Visualisierung konnten die Variablen im TIA Portal per Drag-and-drop in SIMATIC  WinCC übernommen werden. Auch die Projektierung der Kommunikation zwischen den drei Steuerungen wurde durch integrierte Hilfen und automatische Vorschläge bei den Funktionsaufrufen sehr vereinfacht. Bei der Inbetriebnahme der Regelung erwies sich die Trace-Funktion der S7-1500 als sehr hilfreich. Damit lassen sich Variablen definieren, die in einem zu wählenden Zeitfenster in der CPU gespeichert werden. In unserem Fall wurden Sollwert, Istwert und Stellgröße aufgezeichnet. Damit ließen sich die Regelparameter sehr leicht einstellen und die Funktion in verschiedenen Lastbereichen überprüfen.“

    Neue Möglichkeiten im TIA Portal

    Das Fazit von Manfred Hackbarth: „Die Ablösung bestehender SIMATIC S5-Steuerungen durch die neue SIMATIC S7-1500 ist wegen einer langfristigen Ersatzteilverfügbarkeit auf jeden Fall empfehlenswert. Die zweistufige Migration über die angebotenen Konverter ist problemlos möglich. Allerdings ist von Fall zu Fall zu entscheiden, ob es nicht sinnvoller ist, mit einer Neuprogrammierung die Vorteile der neuen Bausteine und Funktionen der S7-1500 besser zu nutzen. Zudem schafft die strukturierte Programmierung im TIA Portal eine hohe Übersichtlichkeit und damit Vorteile bei künftigen Programmänderungen.“

    Überzeugt von der neuen Lösung ist auch der Kraftwerksbetreiber. Betriebsingenieur Hartmut Beuster plant, die SIMATIC S7-1500 auch bei weiteren Retrofits, beispielsweise von angebundenen Heizwerken, als Standard vorzugeben.