Eine Brücke zur Wellness

Author(s):
Reinhold Hüttmann - GU GmbH

Industry:
Water/Wastewater

Products:
Datalogging and Supervisory Control

The Challenge:
Die Anlage zur Gewinnung von Thermalwasser für eine Therme und zur Fernwärmeversorgung in der Steiermark (Österreich) soll ausgebaut werden. Zur Darstellung, Überwachung und Optimierung der Prozesse in dieser Anlage soll ein komfortables MMI eingerichtet werden.

The Solution:
Einige VIs des LabVIEW™ mit dem Datalogging and Supervisory Control Module, installiert auf einem WIN-PC im Netz der SPS-Module, übernehmen diese Aufgabe zur vollen Zufriedenheit des Kunden.

Wärme, Baden, Wohlfühlen – „Wellness“

„Wellness“ wird in den Thermen Österreichs angeboten und von den zahlreichen Besuchern mit Freude angenommen. Um die Thermen mit geeignetem Thermalwasser und Wärme versorgen zu können, sind erhebliche Aufwendungen vonnöten.Dieser Bericht beschreibt, wie eine derartige Anlage in der Süd-Oststeiermark, einem Landesteil im Süden Österreichs, auf einfache Weise überwacht wird:

Die Anlage

Die hier besprochene Anlage versorgt eine große Therme und Hotels mit Thermalwasser und Wärme. Sie besteht im wesentlichen aus:

• 2 Tiefbohrungen, etwa 2 km voneinander entfernt, mit je einer Unterwasserpumpe,
• einer isolierten Thermalwasserleitung zur Verbindung der beiden Bohrungen,
• einem Fernwärmenetz, welches die Abnehmer verbindet,
• einer Station zur Konditionierung des Thermalwassers und zur Gewinnung und Förderung von Fernwärme aus dem Thermalwasser und
• einer Kesselanlage zur Spitzen- und Notversorgung, etwa 800 m von der Therme entfernt.

Nach dem Umbau und der Erweiterung verfügt diese Anlage nun über:

• ca. 20 Pumpen (bis 75 kW), hauptsächlich mit statischen Frequenzumrichtern betrieben,
• ca. 25 Ventile mit elektrischem Ventilantrieb, sowie
• ca. 70 analoge und digitale Messstellen.

Steuerung

Die Komponenten werden über 4 SPS-Module (Allen Bradley™ SLC) angesteuert, welche über ein DH485-Netzwerk (RS485 mit proprietärem Protokoll) verbunden sind. Auf Grund der örtlichen Gegebenheiten wurde das Netz über Repeater in 3 Teile unterteilt und damit zusätzlich gegen elektrische Störungen abgesichert.

Die Aufgaben dieser SPS-Module und deren Programme (Ladder-Logic) kann folgendermaßen zusammengefaßt werden:

• Übernahme und Aufbereitung der Messsignale (A/D-Wandler ..)
• Logische Ein- und Ausschaltbedingungen
• Aufbereitung und Vorgabe der Sollwerte (D/A-Wandler ..)
• Störungs- und Zustands-Alarme
• Schnelle Regelkreise (PID)
• Gegenseitige Zustandsüberwachung (watchdogs)

Mensch-Maschine-Interface (MMI)

Für die laufende Betreuung mußten die folgenden Anforderungen realisiert werden:
Anforderungen:

• Einfache und übersichtliche Darstellung aller wichtigen Prozesse
• Komfortable und nachvollziehbare Änderung von Parametern
• Laufende Aufzeichnung und Dokumentation aller Anlagenzustände
• Automatische Einstellung oder Vorschlag von Anlagenzuständen auf Basis komplexer Zusammenhänge und einfache Veränderung und Wartung dieser Funktionen (z. B.: wirtschaftlichste Thermalwasserförderung abhängig vom veränderten Bedarf, Management der Wärmequellen in Abhängigkeit des Bedarfs und der Energiekosten)
• Offenes System mit Standardschnittstellen zu den beteiligten Komponenten
• Schnelle Implementierung, einfache Wartung und Erweiterung.

Realisiert wurden diese Forderungen mit den folgenden Bestandteilen:

Hardware:
Standard WIN-PC (Pentium, MS WINDOWS 98)
RS-485/RS-232 Converter (zum DH-485 Netz)
USB-Modem (Remote access)
Software:
NI BridgeVIEW 2.1 (jetzt LabVIEW Datalogging and Supervisory Control Module)
RS-LINX™ OPC-Server (Kommunikation mit den SPS-Modulen)

Realisierung

BridgeVIEW bietet umfangreiche Werkzeuge und Utilities zur Erledigung der Anforderungen:
Nach der Definition eines Pflichtenheftes gemeinsam mit dem Kunden wurden

• etwa 250 Tags mit Hilfe eines normalen Spread-sheed-Programmes festgelegt und mit dem TCE (Tag Configuration Editor von BridgeVIEW) importiert. (Natürlich können die Tags auch ausschließlich mit dem TCE festgelegt und editiert werden.)
• Ein erster Funktionstest kann dann sofort (ohne Programmierung eines Vi‘s) mit dem Tag Monitor nach dem Start der Engine vorgenommen werden.
• Alarme, Zustandsänderungen (events), und Messwerte wurden ebenfalls mit dem TCE bestimmt und
  ausgewählt. Die Aufzeichnung erfolgt ebenfalls bereits mit dem Start der Engine ohne weiterem Zutun
  durch den Entwickler.
• Im Zuge der Inbetriebnahme der gesamten Anlage wurden anschließend die vorbereiteten Informations- und Bedien-Panels (virtuelle Instrumente) installiert, getestet und eingebunden.

Anlagenbilder und Bedienpanels (VIs):
Für die hier beschriebene Anwendung wurden im Wesentlichen die folgenden Bilder (abgesehen von Sub-VIs) installiert:

Watchdog und Timer-Sync.:
Synchronisation der Anlagenzeit auf allen Modulen.
Service von Überwachungssequenzen zwischen SPS und PC: Die SPS fordert vom PC die Rückgabe eines Registerdatums. Wird nicht rechtzeitig geantwortet löst die SPS einen Alarm aus und vice versa.

Anlagenübersicht (siehe Screenprint):
Darstellung der wichtigsten Anlagedaten, sowie der letzten Zustandsänderungen (events) und Alarme.

Thermalwassermanager (siehe Screenprint):
Wirtschaftliche und sichere Gewinnung des Thermalwassers, Ansteuerung der Wärmetauscher, Kontrolle der Thermalwasserlieferung etc.

Fernwärmemanager:
Bereitstellung der Fernwärme, Zuschaltung alternativer Wärmequellen (Notkessel), Optimierung der Betriebsweise (Thermalwasserbedarf, Wärmebedarf, Ölkosten für Kessel, Wärmespeicherung im Netz etc.)
Steuerung der Fernwärmeförderung (ein Panel je Abnehmergruppe):
Möglichst stromsparender Betrieb der Fernwärmepumpen; Abfangen von Verbrauchsspitzen (z. B.: durch Nachtabsenkung)
Weitere VIs nach dem jeweiligen Bedarf:
Die leichte Herstellung der VIs (siehe unten) ermöglicht ein schnelles Eingehen auf kurzfristige Anforderungen durch den Prozess.Während des Ausbaus dieser Anlage wurde vorübergehend bereits eine ältere Steuerung mit Hilfe eines vom Autor hergestellten VI-Servers in das System eingebunden.

„Automatisches“ und „manuelles“ G-Programmieren:
Einen Pool von etwa 250 Tags (Messwerten, Sollwerten, Zuständen etz.) zu organisieren, vernünftig anzuordnen und dann auch noch richtig funktionieren zu lassen, läßt auf eine sehr mühsame Arbeit schließen.Die recht klug entwickelten Zauberer von National Instruments (HMI Wizards) helfen dem Entwickler auf bestmögliche Weise:
Die Darstellung der Anzeigen und die Realisierung der Schalter wird „automatisch“ nach Auswahl der Tags und Möglichkeiten vorgenommen. Somit kann sich der Entwickler auf die grafische Darstellung, besondere Funktionszusammenhänge und Ausarbeitungen konzentrieren:

Ergebnis:
Seit Inbetriebnahme wurde die Anlage schon einige Tausend Stunden mit Hilfe von BridgeVIEW betrieben und überwacht – über 1,5 GB historische Daten wurden bis dato aufgezeichnet und für Auswertungen vorgehalten. Die große Flexibilität von LabVIEW und die vielfältigen Tools von BridgeVIEW haben uns in der Wahl dieses Systems voll bestätigt, und wir sind guten Mutes, dass diese Anlage weiterhin einen Baustein bzw. eine „Brücke zur Wellness“ bietet, auch wenn es nun in LabVIEW Datalogging and Supervisory Control Module umgetauft wurde.

Author Information:
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Reinhold Hüttmann
GU GmbH

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