Profibus-Technologie Dank Profibus zur Multi-Vendor-Anlage – ein Vorzeigeprojekt in China macht’s vor

Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Sabine Mühlenkamp / Dr. Jörg Kempf

Ein großer Vorteil der Feldbustechnologie ist ihre große Flexibilität. Nun rüstete erstmals ein chinesischer Automatisierungshersteller ein Großkraftwerk in der Provinz Fujian mit Profibus aus. Besonders interessant dabei ist die große Zahl an Feldgeräten von unterschiedlichsten Herstellern. Gleichzeitig ermöglichte die Feldbustechnologie ein intelligentes Gerätemanagement.

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Profibus macht's möglich: Lernen Sie ein Paradebeispiel kennen, wie Komponenten mit unterschiedlichsten Technologien und verschiedener Hersteller reibungslos miteinander kommunizieren.
Profibus macht's möglich: Lernen Sie ein Paradebeispiel kennen, wie Komponenten mit unterschiedlichsten Technologien und verschiedener Hersteller reibungslos miteinander kommunizieren.
(Bild: © 123dartist, ps-ixel/Fotolia.com, PNO; [M]-Sahlmüller)

Es war eine Premiere der besonderen Art: Zum ersten Mal wurde in China ein Kraftwerk, das bis zu zwei Gigawatt liefert, über ein Feldbussystem (Profibus) mit einem Leitsystem eines inländischen Ausrüsters kombiniert. Dabei handelt es sich zwar nicht um das erste Profibus-Projekt in China – derzeit sind 50 Kraftwerke in China mit Profibus ausgestattet – aber es ist das erste, das ohne Support aus Europa umgesetzt wurde.

Mittelpunkt des Kraftwerks Shenfu Hongshan, in der Nähe von Quanzhou City in der Provinz Fujian, sind zwei kohlebetriebene 1000-MW-Kraftwerksblöcke, die die gesamte lokale Industrie und Bevölkerung mit Strom versorgen. In dem im März 2015 an das Netz gegangenen Kraftwerk arbeiten 300 Mitarbeiter. Alle Leitsysteme dieses Werks arbeiten mit dem Hollymacs S 6.5.2 Steuerungssystem von Hangzhou Hollysys Automation. Als Feldbusprotokolle wurden Profibus-DP und Profibus-PA gewählt, als Übertragungstechnologie (Physical Layer) jeweils RS485 und MBP.

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Mit der Feldbus-Technologie werden alle Prozesssysteme im Werk gesteuert sowie die intelligenten Feldinstrumente – z.B. pneumatische Stellungsregler, elektrische Antriebe und Füllstandanzeigen – überwacht. Beide Technologien, also die konventionelle analoge Technologie und Profibus DP/PA, lassen sich nahtlos ins Leitsystem implementieren. Rund 60 % der Feldgeräte kommunizieren über Profibus.

Vielfalt an Feldgeräten

Das redundante Profibus-Netzwerk deckt den Kesselraum und den Turbinenraum des Kraftwerksblocks ab. Dabei ist es ein Paradebeispiel dafür, wie Komponenten mit unterschiedlichsten Technologien, aber auch von verschiedenen Herstellern, reibungslos miteinander kommunizieren. Allein im Turbinenraum kommen insgesamt 257 PA-Geräte und 18 redundante Master-Controller zum Einsatz. Darunter wurden neben Feldgeräten chinesischer Hersteller unter anderem

  • Motor Controller von Siemens,
  • Stellungsregler von ABB, Fisher und Siemens,
  • Druck- und Differenzdruckmess­umformer von Rosemount, Siemens und Yokogawa,
  • elektromagnetische Durchflussmesser von Endress+Hauser,
  • Füllstandsensoren von Siemens und Endress+Hauser sowie
  • Ventilinseln von Festo

installiert. Im gesamten Kraftwerk kommen über 2500 Komponenten mit Feldbusanbindung zum Einsatz.

Die Konfiguration erfolgte über GSD-Dateien; die Steuerungs- und Statusinformationen aller Geräte werden über einen integrierten Funktionsbaustein angezeigt.

Neue Diagnose-Optionen

Dank der Feldbus-Technologie findet eine bidirektionale Datenübertragung zwischen Feldinstrumenten/-geräten und dem Leitsystem statt. Dabei wird eine große Menge an Daten zeitnah verarbeitet, analysiert und integriert, die vor allem für die Diagnose und Verwaltung der einzelnen Geräte sowie für die Optimierung des Anlagenbetriebs verwendet werden. Besonders interessant sind die Daten zum Gerätestatus sowie die Diagnosedaten. Über die FDT/DTM-Gerätemanagement-Technologie lassen sich Geräteparameter per Fernzugriff verändern und zugehörige Produktdaten und Wartungsinformationen auslesen.

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Darüber hinaus werden beispielsweise auch Alarme bei Sensorfehlern oder dem Überschreiten von Grenzwerten ausgelöst. Typische Fehler, die etwa bei einem elektrischen Antrieb auftreten und mithilfe intelligenter Messumformer gemeldet werden, können ­eine zu hohe Motordrehzahl, die Überhitzung des Motors oder ein blockierter Rotor sein.

Das Leitsystem fragt regelmäßig die Gerätedaten ab und bildet daraus die Anlagen-Topologie und die Gerätestatusdaten. Damit kann das Wartungspersonal den aktuellen Kommunikationsstatus und den Betriebszustand der Anlage erkennen. Ferner kann die Fehlerhistorie der Geräte analysiert werden.

Einfachere Instandhaltung

Zur Verwaltung der intelligenten Feldgeräte kommt ein ebenfalls chinesisches Gerätemanagementsystem zum Einsatz, das nicht nur aufgrund der Sprache gewählt wurde, sondern weil es den typischen Abläufen im Unternehmen eher entsprach als ein europäisches System. Diese Plattform dient zur Verwaltung, Prüfung und Diagnose von Fehlern für Feldin­strumente, Steuerventile und andere intelligente Geräte. Darin werden nicht nur der Überwachungsstatus verwaltet, sondern auch Daten für die Kalibrierung gepflegt bzw. automatisch Protokolle aufgezeichnet, die alle Änderungen in der Konfiguration und im Betrieb registrieren.

Auch hier arbeitet das System mit der FDT/DTM-Technologie. Auf dieser Grundlage können Wartungsstrategien entwickelt werden, damit Feldgeräte mit maximaler Effizienz arbeiten, Wartungs- und Betriebskosten reduziert und die Anlagenverfügbarkeit verbessert werden.

Auf der nächsten Seite zeigen zwei Beispiele, wo sich das System bereits bewährt hat.

Beispiel 1: pneumatischer Regler

In einem Fall zeigte der pneumatische Regler Nr. 3 des Hochdruck­erhitzers in Einheit Nr. 1 ein anomales Verhalten. Wäre der Regler analog angeschlossen, hätten für die Instandhaltungsmaßnahmen – durch die enorme Höhe des Erhitzers – zunächst erhebliche Sicherheitsmaßnahmen durchgeführt werden müssen. In der Praxis hätte dies bedeutet, zunächst ein Gerüst aufzubauen, das Wartungspersonal hätte Schutzausrüstung gegen Absturz tragen und anschließend in großer Höhe arbeiten müssen, um an das Feldgerät zu gelangen. Dank der Feldbuskommunikation konnte der Fehler – hier musste der Positioner neu initialisiert werden – aus der Ferne behoben werden. Ein teurer Wartungseinsatz wurde vermieden.

Beispiel 2: Druckmesspunkt

In einem anderen Fall zeigte ein Druckmesspunkt am Kessel Nr. 3 am Auslass des Hochtemperatur-Überhitzers, einen falschen Druckwert. Die Ursache war eigentlich banal, ist aber typisch für hektische Inbetriebnahmen-Phasen, bei denen es immer mal wieder zu Abstimmungsproblemen kommen kann. So wurde die Einheit des Drucks bei der Planung in bar eingegeben. Im Betrieb musste sie jedoch in MPa bereit stehen. Bei einer einzigen Messstelle ist die Änderung direkt am Messgerät noch problemlos möglich. Je mehr Messstellen es in der Anlage gibt, und je weiter diese verteilt sind, desto komplexer und zeitaufwändiger wird eine solche Änderung. Über Profibus konnte hier die Maßeinheit direkt im System geändert werden.

Mittlerweile wird das Gerätemanagement überdies nicht nur zur Fehlerbehebung, sondern auch für die Dokumentation von Alarmen, das automatische Exportieren der Geräteeinstellungen sowie das Aufzeichnen von Betriebsprotokollen genutzt.

Fazit und Ausblick

Profibus ist das am häufigsten eingesetzte Feldbusprotokoll in China. Geschätzt wird es vor allem wegen seiner Flexibilität und Robustheit und der Tatsache, dass damit eine echte Multi-Vendor-Anlage möglich ist. Im Kraftwerk Shenfu Hongshan liefert die Feldbus-Technologie nicht nur aktuelle Informationen und wichtige Daten aus dem Prozess, sondern ermöglicht es, erstmals eine digitale Informationsplattform einzurichten.

Besonderer Wert wurde auf die umfangreichen Schulungen des Betriebspersonals gelegt. Dabei wurde das Schulungsprogramm auf die Situation vor Ort angepasst und in mehreren Stufen durchgeführt – im Übrigen ganz ohne die Unterstützung aus Europa. Das Projekt zeigt, dass Profibus mit dem Hollysys-Automatisierungssystem reibungslos zusammenarbeitet.

Lesen Sie auf der nächsten Seite ein Interview mit Klaus-Peter Lindner, Vorstand der Profibus Nutzerorganisation, zum Kraftwerksprojekt und der Rolle der Profibus-Technologien in China.

Interview mit Klaus-Peter Lindner, PNO

Klaus-Peter Lindner, Vorstand der Profibus Nutzerorganisation
Klaus-Peter Lindner, Vorstand der Profibus Nutzerorganisation
(Bild: PNO)

PROCESS: Herr Lindner, was ist das Besondere an dem Kraftwerks­projekt?

Lindner: Der Einsatz von Profibus in einem Kraftwerk ist natürlich erst einmal nicht so sonderlich spektakulär, sondern in Westeuropa Standard. Neu ist allerdings daran, dass ein chinesischer Automatisierungshersteller das Projekt in die Hand genommen und dieses unabhängig von westlichen Firmen auch durchgezogen hat. Weiter: Nicht die Europäer liefern das Leitsystem, sondern Hollysys, ein chinesisches Unternehmen. Zudem hat Hollysys ein eigenes Gerätemanagement verwendet. Und dies liegt nicht unbedingt an der Sprache, sondern daran, dass dieses Tool auf die firmenspezifischen Abläufe in der Dokumentation und der Instandhaltung besser eingeht.

PROCESS: Und was bedeutet dies aus Profibus-Sicht?

Lindner: In dem Kraftwerk gibt es jede Menge Profibus PA-Feldgeräte unterschiedlichster Technologien von verschiedenen Herstellern aus Europa, USA und Asien. Es ist also eine Multi-Vendor-Anlage par excellence. Die Betreiber haben sich die Feldgeräte ausgewählt, die sie benötigten, und nicht weil vielleicht der Leitsystemhersteller die passenden Geräte hatte – und es hat funktioniert. Ganz nebenbei: Wir haben als Hersteller keine einzige Support-Anfrage bekommen. Das beweist, dass der Profibus nicht nur sehr flexibel, sondern auch sehr robust ist.

PROCESS: Wie beurteilen Sie die Rolle der Profibus-Technologien in China?

Lindner: Nicht nur dieses Projekt zeigt, das Profibus PA bei chinesischen Unternehmen voll akzeptiert ist. Für Profibus PA-Komponenten spüren wir in China gerade einen Durchbruch. Die Automatisierungsspezialisten dort sind zudem sehr engagiert. Auf dem letzten Instrumentierungskongress, den ich besucht habe, waren 1500 Leute, die sich alle vor allem für den Einstieg in die Digitaltechnologie interessierten und im Zuge dessen Industrie 4.0 diskutierten.

PROCESS: Und wie sehen Sie die Chancen für Profinet im Reich der Mitte?

Lindner: Diese Frage beinhaltet zwei Seiten. Auf der einen Seite gibt es nach wie vor viele Unternehmen, die erst jetzt mit der Automatisierung beginnen. Auf der anderen Seite haben die Chinesen aber ein klares Ziel. Sie starten jetzt mit der Digitalisierung durch und wollen diese spätestens in 20 Jahren durchgesetzt haben. In jeder Präsentation liest man Stichworte wie Industrie 4.0 oder Internet of Things. Und die Vergangenheit hat gezeigt, dass chinesische Unternehmen immer schneller und billiger agiert haben als wir. Und noch eine Eigenschaft spricht dafür, dass sich Profinet schneller als gedacht durchsetzen könnte – es gibt keine Berührungsängste mit neuen Technologien und es interessiert nicht, ob eine Technologie irgendwelchen internationalen Standards entspricht. Notfalls setzt China einen eigenen Standard. Hier sind wir als PI (Profibus & Profinet International) sehr gut aufgestellt, da sowohl Profibus als auch Profinet den Status einer nationalen Norm in China genießen.

PROCESS: PI ist seit fast 20 Jahren direkt in China mit einer eigenen Niederlassung (RPA – Regional Profibus Association). Hat sich diese Vorgehensweise bewährt?

Lindner: PI besitzt in China sogar fünf akkreditierte Kompetenzzentren, die die gesamte Breite der PI-Technologien von Profibus über Profinet, mit Profisafe, für die Antriebstechnik mit Profidrive in den Anwendungsbereichen Fertigungs- und Prozessautomatisierung abdecken. Darüber hinaus betreibt PI dort ein akkreditiertes PI-Testlabor, und entsprechende PI-Trainingszentren sind im Aufbau begriffen. Zur Digitalisierung und Vernetzung der Komponenten gehört aber nicht nur eine solide Technologie, sondern auch die Bereitschaft, sich mit den Menschen, die diese Technologie einsetzen, auseinander zu setzen. Das heißt: vor Ort sein, sich die Unternehmen anschauen und mit Menschen reden. Dieses Engagement zahlt sich jetzt aus.

* Die Autorin arbeitet als freie Fachjournalistin für Profibus & Profinet International (PI).

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