Industrielle Kommunikation

IO-Link bringt afrikanischen Staudamm schneller ans Netz

| Autor / Redakteur: Wolfgang Zosel* / Sariana Kunze

Seit Ende 2016 produziert der Mount Coffee Staudamm in Liberia wieder Strom vor allem für die Millionenstadt Monrovia. Eine intelligente IO-Link Installation verknüpft dabei über weite Strecken dutzende von Sensoren und Aktoren am Staudamm.
Seit Ende 2016 produziert der Mount Coffee Staudamm in Liberia wieder Strom vor allem für die Millionenstadt Monrovia. Eine intelligente IO-Link Installation verknüpft dabei über weite Strecken dutzende von Sensoren und Aktoren am Staudamm. (Bild: Balluff)

Am Mount Coffee Staudamm im westafrikanischen Liberia verknüpft eine intelligente IO-Link-Installation dutzende von Sensoren und Aktoren über weite Strecken. IO-Link unterstützt zudem auch bei der Diagnose und Wartung.

Im Dezember 2016 war es endlich soweit: Nach mehr als 20 Jahren Unterbrechung ging die erste Turbine des Mount Coffee Staudammes in Liberia in Betrieb, inzwischen können mit allen vier Turbinen jeweils 22 MW in das Energienetz eingespeist werden. Die Ursprünge des 30 km nordöstlich der liberianischen Hauptstadt Monrovia gelegenen Staudammes reichen weit zurück: Der Vorgängerdamm wurde im Jahr 1966 fertig gestellt, während des liberianischen Bürgerkrieges von 1989 bis 2003 jedoch nahezu vollständig zerstört.

Als im Juni 2014 die Liberia Electricity Corporation (LEC) einem internationalen Unternehmenskonsortium den Auftrag zum Wiederaufbau erteilte, war über weite Teile der Anlage buchstäblich Gras gewachsen. Gemeinsam mit weiteren Unternehmen wurde das österreichische Unternehmen Andritz Hydro beauftragt, das Kraftwerk am Saint Paul River wiederaufzubauen. Als Anbieter kompletter elektromechanischer Ausrüstungen und Serviceleistungen für Wasserkraftwerke ist Andritz Hydro eines der größten Unternehmen am Markt für hydraulische Stromerzeugung weltweit. Bei der Revitalisierung des Kraftwerkes war Andritz Hydro für den gesamten Stahlwasserbau einschließlich der kompletten Elektronik, Antriebstechnik und Steuerung verantwortlich. Das Unternehmen sanierte sowohl die zehn Radialschützen am Staudamm als auch die vier Einlaufschützen für die Turbinen. Die Radialschützen dienen zur Wasserstandsregelung des oberwasserseitigen Reservoirs und werden mittels Seilwindwerken angetrieben. Die Einlaufschützen dienen zur Wasserzuführung an die Turbinen und Absperrung des Zuflusses (Notschlusses) im Fehlerfall wie beispielsweise beim Bruch einer Druckrohrleitung. Der Antrieb erfolgt hydraulisch. Hinzu kommen elektrische und hydraulische Antriebseinheiten sowie diverse unterstützende Systeme.

Vernetzung eines weit verzweigten Staudammes

Der Mount Coffee Staudamm ist mit 160 m Länge und zehn Radialschützen mit jeweils 15 m Breite bei weitem nicht der Größte seiner Art. Dennoch müssen über den gesamten Damm hinweg über weite Strecken mehrere Dutzend analoge und digitale Signale eingesammelt und der Steuerungsebene zur Verfügung gestellt werden. „Was die Komplexität, die zahlreichen in der Peripherie stattfindenden Aufgaben und die erforderliche Vernetzung anbelangt, ist der Staudamm im Grunde nichts anderes als eine weit verzweigte Industrieanlage“, betont Bernd Schneider, Industriemanager Energie bei Balluff. Schon vor zehn Jahren setzte Balluff auf IO-Link, um den Kommunikationsnotstand und das Verkabelungswirrwarr zwischen Bus- und Prozessebene zu beseitigen sowie Diagnose und Parametrierung zu realisieren. Zwar verbindet Andritz Hydro und Balluff im Bereich des Turbinenbaus eine jahrelange Partnerschaft, IO-Link war bis dato im Unternehmen jedoch noch unbesetzt. „Tatsächlich wird in der Branche noch in weiten Teilen klassisch per Kupferkabel über Zwischenklemmenkästen hoch bis zur Steuerungsebene verdrahtet – mit einem gigantischen Material- und Zeitaufwand“, sagt Berthold Wiesinger, verantwortlicher Elektroingenieur bei Andritz Hydro. Gemeinsam mit Balluff entwickelten die Österreicher ein schlüssiges Elektronik-Konzept, das einfache Verkabelung, Standardisierung und Modularität zum Ziel hatte. An jedem der zehn Radial- und vier Einlaufschützen sind zwei Balluff IO-Link-Master in einem Schaltkasten montiert, die bis zu 20 unterschiedliche Signale im Feld einsammeln. Dazu zählen unter anderem induktive oder mechanische End- und Positionsschalter, Sensoren zur Ermittlung der Drehbewegung der Radialgates, Steuer-, Regel- und Absperrventile, Signallampen und beleuchtete Schalter. Je zwei IO-Link-Master sind an den Hydraulik-Stationen montiert, um auch dort die beteiligte Sensorik und Aktorik einfach anzubinden. Ausnahmslos werden sämtliche Komponenten im Feld mit ein und demselben 3-adrigen Standardkabeltyp sowie mit einheitlichen M12-Steckern angeschlossen. Wo analoge Signale eines beliebigen Sensors nicht unmittelbar verarbeitet werden können, wandelt ein kompakter Balluff-Zwischenstecker das analoge in ein störunanfälliges digitales Signal. Über die Stichleitungen eines Balluff IO-Link-Masters gelangen die Daten via Profibus DB zur Steuerungsebene. Weil das System redundant ausgelegt und das Stauwehr zweigeteilt ist, sind maximal 75 m zu überbrücken.

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Mit IO-Link Verdrahtungsfehler ausschließen

„Die Vorteile machen sich schnell bemerkbar: Weil wir anstatt zu verdrahten nur noch standardisierte Kabel stecken mussten, brauchten wir für die Verkabelung weniger als die Hälfte der sonst üblichen Zeit. Mit IO-Link kann jedes Modul vorab im Werk getestet und vor Ort so nur noch steckt werden, das senkt spürbar Kosten“, ist Berthold Wiesinger überzeugt. Gerade international aufgestellte Unternehmen schätzen den Vorzug, dass IO-Link im Grunde mit jedem Bussystem eingesetzt werden kann: Die komplette Struktur unterhalb der Busebene bleibt immer dieselbe, nur der Busknoten muss je nach Land angepasst werden. Auch in anderer Hinsicht sorgt die bidirektionale Kommunikationsschnittstelle für mehr Durchblick: IO-Link trifft eindeutig lokalisierbare Diagnoseaussagen, die eine schnelle Störungs- und Fehlerbehebung und damit nur kurze Betriebsunterbrechungen zur Folge haben. „Aus irgendeinem Grund hatten wir in der Anlaufphase ein Problem mit einem Sensor-Hub: Der wurde einfach von einem Mitarbeiter ausgetauscht und neu bestückt. Der Hub erhält seine Daten anschließend vom IO-Link-Master, der die relevanten Parametrierwerte vorhält. Nach nur kurzer Unterbrechung war die Anlage wieder in vollem Umfang leistungsfähig“, sagt Berthold Wiesinger. Dank IO-Link ist Fernwartung bis auf Prozessebene möglich. Neben klaren Diagnosen und zielgerichteten Maßnahmen und Handlungsanweisungen im Störungsfall sind vorbeugende Wartungskonzepte einfach umsetzbar. Berthold Wiesinger ist gedanklich schon einen Schritt weiter, denn intelligente Sensorik wird die Anlagenverfügbarkeit in Zukunft weiter verbessern: „Sensoren, die Öltemperatur und Ölfeuchtigkeit messen, bei extrem beanspruchten Motoren Temperatur und Lager überwachen und bevorstehende Serviceintervalle selbständig mitteilen, werden auch in unserer Branche in Zukunft an Bedeutung gewinnen.“

Seit Ende des vergangenen Jahres produziert der Mount Coffee Staudamm wieder Strom vor allem für die Millionenstadt Monrovia. Für Berthold Wiesinger steht fest, dass IO-Link sowohl bei Neubau- als auch Sanierungsprojekten verstärkt zum Einsatz kommen wird. Zumal immer mehr Anlagen in die Jahre kommen und moderne Steuerungs- und Elektronik-Konzepte verlangen werden.

* *Wolfgang Zosel , freier Redakteur, Reutlingen

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