Netzwerküberwachung in

© Siemens AG 2015
Referenz
Industrielle Kommunikation
Netzwerküberwachung in der
Fernwärmeversorgung für Zürich
Höhere Anlagenverfügbarkeit im Heizkraftwerk
durch effektive Netzwerk-Management-Software
Die Erweiterung des Heizkraftwerks Aubrugg mit einem modernen Holzheizkraftwerk ist für die Stadt Zürich ein
Schritt in der Umsetzung ihres ökologisch-nachhaltigen Energiekonzepts. Zur Verbesserung der Verfügbarkeit
der Anlage und damit der Versorgungssicherheit des Fernwärmenetzes hat sich die Betriebsgesellschaft ERZ
für eine automatische Überwachung des Kommunikationsnetzwerks entschieden.
Wer auf der Autobahn-Nordumfahrung Zürich Richtung
Winterthur fährt, dem fällt schon von weitem der markante
Industriebau des Heizkraftwerks Aubrugg auf, der mitten im
Autobahnkreuz Zürich-Ost aufragt. Wer aber hätte gedacht,
dass das Heizkraftwerk mit seinem imposanten Kamin Teil
des ökologisch-nachhaltigen Energiekonzepts der Stadt
Zürich ist? Im Jahr 2010 ging das Holzheizkraftwerk Aubrugg
in Betrieb. Es wurde in die bestehende Anlage integriert, die
seit 1977 mit zwei fossil befeuerten Heizkesseln die Spitzenlastenergie für das Fernwärmenetz der Stadt Zürich liefert.
Die energetische Nutzung von einheimischem Holz leistet
einen Beitrag zur Produktion von nachhaltiger CO2-neutraler
Wärmeenergie.
Das Holzheizkraftwerk produziert jährlich 104 GWh Wärme
und ersetzt damit einen großen Teil der fossilen Energieträger Öl und Gas. Zusätzlich werden mit einer 11 MWDampfturbine rund 38 GWh Strom erzeugt, der unter dem
Ökostrom-Label vermarktet wird. Durch die Nutzung der
Abdampfwärme nach dem Prinzip der Wärme-Kraft-Kopplung wird die Energieausnutzung der Anlage zusätzlich
gesteigert.
Das Heizkraftwerk Aubrugg produziert Spitzenlastenergie für
das Fernwärmesystem „Zürich Wärme“. Die Grundlast wird
durch die Kehrichtverbrennungsanlage Hagenholz geliefert.
Das 150 Kilometer lange Fernwärmenetz versorgt in den
Regionen Zürich Nord, im Hochschulquartier sowie in Teilen
der Gemeinden Wallisellen und Opfikon rund 20.000 Wohnungen, Geschäftsliegenschaften und öffentliche Gebäude
mit Heizwärme und Energie für die Warmwasseraufbereitung.
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Um die Sicherheit und Zuverlässigkeit dieses Netzwerks zu
erhöhen, entschieden sich die Verantwortlichen der Betriebsgesellschaft ERZ (siehe Kasten II) im Jahr 2013 für eine Netzwerk-Management-Software. Dass die Wahl hierbei auf
SINEMA Server von Siemens fiel, war für Sasa Stevanovic,
Betriebselektriker und Projektverantwortlicher bei ERZ, ein
logischer Schritt: „Da wir mehrheitlich Siemens-Steuerungen
in unserer Anlage einsetzen, ist somit die Durchgängigkeit
von den Switches über die Steuerung bis zu den angesteuerten Komponenten garantiert.“
Einfache Konfiguration umfangreicher
Netzwerktopologien
Zu Beginn musste die Software für das bestehende Netzwerk
konfiguriert und die Netzwerktopologie mit allen vorhandenen Switches, Steuerungen und Feldgeräten abgebildet
werden. Bei mehr als 100 Switches klingt das nach viel Aufwand und einem Engineering, das sehr viel Fachwissen
erfordert. Sasa Stevanovic winkt ab: „Nach einer Einführung
vor Ort konnte ich – ohne besondere Vorkenntnisse – die
ganze Konfigurierung der Netzwerküberwachung mit einem
Zeitaufwand von rund zwei Wochen selbstständig realisieren.“
Die Netzwerk-Management-Software SINEMA Server von Siemens
erkennt nicht nur die Geräte von Siemens, sondern auch die von
Fremdherstellern und unterstützt die industrieüblichen Kommunikationsprotokolle.
Versorgungssicherheit an erster Stelle
Für die Fernwärmeabnehmer stehen die ökologische Energieproduktion und vor allem die Versorgungssicherheit im Vordergrund. Niemand wünscht sich einen Ausfall der Heizung in
der kältesten Winterzeit. Durch die Redundanzen der Wärmeproduktion und die verschiedenen zur Verfügung stehenden
Primärenergiequellen wird ein Teil dieses Risikos vermindert.
Was aber, wenn das „Nervensystem“, das heißt, das Kommunikations-Netzwerk der Anlage, streikt?
Im Zuge der Modernisierung des Heizkraftwerks im Jahr 2010
wurden die verschiedenen Steuerungen der Anlage und
die Gebäudeleittechnik sowie dezentrale Feldgeräte in ein
Industrial Ethernet eingebunden. Die Basis dafür besteht aus
einem Glasfasernetz in Ringtopologie. Die Anbindung erfolgte
mit verschiedenen Industrial-Ethernet-Switches SCALANCE X
(siehe Kasten I). Durch die Ausdehnung und die Komplexität
der gesamten Anlage entstand ein Netzwerk von insgesamt
14 km Länge mit mehr als 100 Switches.
Die Installation und Inbetriebnahme von SINEMA Server verläuft nach dem Plug&Play-Prinzip schnell und selbsterklärend.
Die Bedienung der Software wurde besonders einfach und
benutzerfreundlich gestaltet. Mehrere Anwender können
gleichzeitig mit einem Web-Browser von überall auf die
SINEMA-Server-Daten zugreifen. Dabei ist die Topologie von
industriellen Netzwerken in der Regel komplizierter und
heterogener als beispielsweise im Bürobereich. Es gibt viele
Spezialanwendungen auf PC, Embedded-Systeme für die
Bedienung und Überwachung, speicherprogrammierbare
Steuerungen, Peripheriegeräte, Antriebstechnik und Sensorik.
Trotz mehrheitlicher Verwendung von Siemens-Steuerungen
sind auch bei der Anlage Aubrugg spezielle Komponenten
unterschiedlicher Hersteller im Einsatz. Die Software erkennt
mittels „Autodiscovery“ unter anderem auch Geräte von
Fremdherstellern und unterstützt die industrieüblichen
Kommunikationsprotokolle.
In der Anlage Aubrugg wird mit zwei fossil befeuerten Heizkesseln die
Spitzenlastenergie für das Fernwärmenetz der Stadt Zürich erzeugt.
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Netzwerktechnik
Industrial Ethernet Switches SCALANCE X
Im Heizkraftwerk Aubrugg werden industrietaugliche
Switches der Typen SCALANCE X204 im Feld, X308 in
den Schränken und X324 im Relaisraum (19“-Format)
verwendet. Sie haben eine redundante Spannungsversorgung und eignen sich für den lüfterlosen Einsatz
bei hohen und tiefen Temperaturen sowie bei Vibrationen.
Nach einer Einführung durch Siemens hat Sasa Stevanovic, Betriebselektriker und Projektverantwortlicher bei ERZ, die Konfigurierung der
Netzwerküberwachung mit SINEMA Server praktisch im Alleingang
durchgeführt.
Überwachung und Dokumentation des Netzwerks
SINEMA Server wurde speziell für die kontinuierliche Überwachung von industriellen Kommunikationsnetzwerken wie
Industrial Ethernet, etwa PROFINET, welche die Anlagenbediener sowie Wartungs- und Service-Personal effizient unterstützt, entwickelt. In vorgegebenen Intervallen wird das
gesamte Netzwerk gescannt und jede Veränderung im Netzwerk und den darin enthaltenen Komponenten identifiziert.
Dadurch können Netzwerkprobleme schnell erkannt und Stillstände oder Fehlfunktionen innerhalb der Anlage behoben
werden. Neben der Überwachungsaufgabe lässt sich die
Netzwerk-Management-Software für die Dokumentation des
Geräteinventars und der Netzwerkverfügbarkeit einsetzen.
Höhere Verfügbarkeit der Heizkraftanlage
Daraus resultieren letztendlich weniger netzwerkbedingte
Stillstandzeiten und eine höhere Verfügbarkeit der Produktionsanlagen des Heizkraftwerks. Dies gibt den Fernwärmeabnehmern mehr Sicherheit und lässt die Verantwortlichen
der Betriebsgesellschaft ruhiger schlafen.
Sasa Stevanovic denkt bereits über eine Erweiterung der
Überwachungsfunktionen nach: „Wir möchten das System
künftig auch im Bereich der Arbeitssicherheit einsetzen.
Unser Instandhaltungspersonal könnte dann bei einem Unfall
oder anderen Problemen in den weitläufigen Rohrkanälen
des Fernwärmenetzes schneller geortet werden.“
Siemens AG
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Process Automation
Postfach 48 48
90026 NÜRNBERG
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DR.PN.PA15.XXXX.95.11
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Es handelt sich um sogenannte Managed-Switches.
Der Zugriff erfolgt über eine IP-Adresse. Sie sind
zudem „ringtauglich“, das heißt, der Ausfall eines
Switches hat keine Auswirkung auf andere Switches
im Netzwerk.
Netzwerk-Management-Software SINEMA Server
SINEMA steht für SIMATIC-Network-Manager. Mit der
Version 12 der Netzwerk-Management-Software
lassen sich maximal 500 Geräte pro SINEMA-ServerStation überwachen. Jeder SINEMA-Server kann zudem
den Status von bis zu 100 anderen SINEMA-Servern
im Netzwerk anzeigen. Insgesamt erlaubt dies ein
Monitoring von bis zu 50.000 Netzwerkteilnehmern.
Die angeschlossenen Komponenten werden per
SNMP (Simple Network Management Protocol) oder
PROFINET-Geräte per DCP (Device Control Protocol)
automatisch erkannt. Für SCALANCE-Netzwerkkomponenten steht eine erweiterte Detaildiagnose zur
Verfügung.
Die Report-Funktion informiert die Produktionsleitung
über Performanz und Kapazitäten des Netzwerks und
schafft damit die Grundlage für eine gezielte Steuerung und Planung der Netzwerkinfrastruktur.
Drei Partner auf Öko-Kurs
Entsorgung + Recycling Zürich (ERZ) ist die Betriebsgesellschaft des Fernwärmenetzes „Zürich Wärme“
mit dem Heizkraftwerk Aubrugg, der Kehrichtverbrennungsanlage Hagenholz und weiterer Wärmelieferanten. Das neue integrierte Holzheizkraftwerk
Aubrugg wird durch die drei Partnerfirmen ERZ,
Elektrizitätswerke des Kantons Zürich (EKZ) sowie
ZürichHolz AG gemeinschaftlich betrieben.
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