Netzwerküberwachung in der Fernwärmeversorgung für

EnergieForum
In der Anlage Aubrugg wird mit zwei fossil befeuerten Heizkesseln die Spitzenlastenergie für das Fernwärmenetz der Stadt Zürich erzeugt.
Höhere Anlagenverfügbarkeit im Heizkraftwerk durch effektive Netzwerk-Management-Software
Netzwerküberwachung in der
Fernwärmeversorgung für Zürich
INDUSTRIELLE KOMMUNIKATION | 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.
I
m 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-MW-Dampfturbine rund 38 GWh
Strom erzeugt, der unter dem ÖkostromLabel vermarktet wird. Durch die Nutzung der Abdampfwärme nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung wird die
Energieausnutzung der Anlage zusätzlich
gesteigert.
BWK Bd. 67 (2015) Nr. 3
Das Heizkraftwerk Aubrugg produziert
Spitzenlastenergie für das Fernwärmesystem „Zürich Wärme“. Die Grundlast wird
durch die Kehrichtverbrennungsanlage
Hagenholz geliefert. Das 150 km 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.
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 Win-
terzeit. Durch die Redundanzen der Wärmeproduktion und die verschiedenen zur
Verfügung stehenden Primärenergiequellen wird ein Teil dieses Risikos vermindert. Was aber, wenn das „Nervensystem“,
also 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 auch Textkasten „Netzwerktechnik“). Durch die Ausdehnung und die
Komplexität der gesamten Anlage entstand ein Netzwerk von insgesamt 14 km
Länge mit mehr als 100 Switches.
Um die Sicherheit und Zuverlässigkeit
dieses Netzwerks zu erhöhen, entschieden sich die Verantwortlichen der Betriebsgesellschaft ERZ im Jahr 2013 für eine Netzwerk-Management-Software. Dass
die Wahl hierbei auf Sinema Server von
Siemens fiel, war für Sasa Stevanovic, Betriebselektriker und Projektverantwortli-
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Nach einer Einführung durch Siemens hat Sasa Stevanovic, Betriebselektriker
und Projektverantwortlicher bei ERZ, die Konfigurierung der Netzwerküberwachung
mit Sinema Server praktisch im Alleingang durchgeführt.
cher 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 Netzwerk-Management-Software Sinema Server
von Siemens erkennt nicht nur die Geräte von Siemens,
sondern auch die von Fremdherstellern und unterstützt die
industrieüblichen Kommunikationsprotokolle.
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. 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.“
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. Es handelt sich um so genannte 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-NetworkManager. Mit der Version 12 der Netzwerk-Management-Software lassen sich maximal
500 Geräte pro Sinema-Server-Station 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 ProfinetGeräte 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.
i
www.siemens.de/switches, www.siemens.de/sinema
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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 WebBrowser 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.
Überwachung und
Dokumentation des Netzwerks
Sinema Server wurde speziell für die
kontinuierliche Überwachung von industriellen Kommunikationsnetzwerken wie
Industrial Ethernet, etwa Profinet, die die
Anlagenbediener sowie Wartungs- und
Service-Personal effizient unterstützt,
entwickelt. In vorgegebenen Intervallen
wird das gesamte Netzwerk gescannt und
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© Springer-VDI-Verlag GmbH & Co. KG, Düsseldorf 2015
Das Heizkraftwerk
Aubrugg steht mitten
im Autobahnkreuz
Zürich-Ost und ist
mit seinem markanten Kamin von weit
her sichtbar.
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.
i
www.erz.ch, www.ekz.ch, www.zuerichholz.ch
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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 NetzwerkManagement-Software für die Dokumentation des Geräteinventars und der Netzwerkverfügbarkeit einsetzen. Daraus resultieren letztendlich weniger netzwerkbedingte Stillstandzeiten und eine höhere
Verfügbarkeit der Produktionsanlagen
des Heizkraftwerks.
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.“
Andreas Gebhart,
Product Manager Automation Systems,
Siemens Schweiz AG, Zürich
i
www.siemens.ch/industry
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