Prozess- & Energieautomation               Ausgereiftes Bedienkonzept                               für Biogasanlagen     ...
Prozess-  Energieautomationpumpt. Falls die Temperatur im Fer-           Das Scada-System bietet eine Viel-   verschaffen ...
Prozess-  Energieautomation                                                                              Grenzwerten und  ...
Prozess-  Energieautomationwortschutz mit verschiedenen Zu-          Erfassung und Archivierunggriffsebenen verhindert. Zu...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Ausgereiftes Bedienkonzept für Biogasanlagen

498 views
406 views

Published on

Published in: Investor Relations
1 Comment
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
498
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
3
Actions
Shares
0
Downloads
6
Comments
1
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Ausgereiftes Bedienkonzept für Biogasanlagen

  1. 1. Prozess- & Energieautomation Ausgereiftes Bedienkonzept für Biogasanlagen Als natürliche und erneuerbare Energiequellen etablieren Thomas Schulz sich zunehmend Anlagen zur Biogasgewinnung. Ein Anlagen­ lieferant setzt hierfür konsequent auf Standardbausteine. Zum Einsatz kommen das Scada-System Proficy „iFIX“ sowie ist, rückgewonnen. Im zweiten Wär- die Produktions- und Prozessdatenbank Proficy Historian. metauscher wird das Substrat auf 75 °C aufgeheizt und in einen von drei Hygienisierungsbehältern ge- pumpt. Während der Pasteurisierung darf die Temperatur im Behälter in- nerhalb einer Stunde nicht unter 70 °C fallen, ansonsten muss das Substrat noch einmal aufgeheizt werden. Mit- tels kapazitiven Sensoren wird der Füllstand im Edelstahlbehälter über- wacht. Um thermische Schichtungen und Ablagerungen zu vermeiden wird mit einem Rührwerk das Substrat ständig durchmischt Die Beschickung mit Substrat er- folgt in mehreren Chargen gleichmä- ßig über den Tag verteilt in den Bild 1. Biogasanlage Hauptfermentoren. Je nach der Tem- peratur des Substrats im Zulauf wird In den letzten Jahrzehnten hat sich Über die Annahmestelle werden die es gekühlt oder beheizt. In den Fer- der Energieverbrauch drastisch er- Substrate der Hygienisierung zuge- mentoren erfolgen auch im Wesentli- höht. Da die Reserven an fossilen führt, anschließend von dort über die chen der Abbau des organischen Ma- Energieträgern jedoch bei Weitem Vorversäuerung zum Fermenter zur terials und damit die Gasproduktion. nicht unerschöpflich sind, muss man Vergärung gepumpt (Bild 2). Im Fer- Entsprechend der beschickten Menge sich längerfristig zwangsweise nach menter entsteht dann das brennbare fließt ausgegorenes Substrat im freien Alternativen umsehen [1]. Nachhal- Biogas. Das Gas wird zwischengespei- Gefälle in den Nachgärfermenter und tigkeit beinhaltet als normatives, in- chert und in einem Gasmotor zur Ge- wird dann weiter in das Endlager ge- ternationales Leitprinzip einen zu- winnung von elektrischem Strom und kunftsfähigen und vernünftigen Um- Wärme verwertet. Der produzierte gang mit den begrenzt vorhandenen Strom wird über eine Trafostation in Ressourcen. das Mittelspannungsnetz eingespeist. Die Abwärme der Motoren wird zur Anlagen zur Biogasgewinnung Betreibung der Anlage bzw. als Fern- als alternative Energiequellen wärme zur Beheizung genutzt. Anfal- In Anlagen zur Biogasgewinnung lendes Überschussgas wird in Gasfa- (Bild 1) werden tierische Nebenpro- ckeln verbrannt. dukte sowie Speise- und Lebensmittel- Der Annahmebehälter wird durch reste anaerob zu Biogas vergoren [2]. die in die Annahmegrube geschütte- ten Substrate mittels einer Tauch- schneidepumpe oder direkt vom Tank- Dipl.-Ing. Thomas Schulz ist alsChannel Manager im Unternehmen fahrzeug befüllt. Die Annahmegrube GE Intelligent Platforms für den wird mit Füllstandsschalter über- Bereich Software and Services in wacht. Von dem Annahmebehälter der Region Central and Eastern wird das Substrat mit einer Schne- Europe zuständig ckenpumpe durch zwei hintereinander E-Mail: t.schulz@ge.com geschaltete Wärmetauscher geleitet. Im ersten Wärmetauscher wird die Wärmeenergie, die nach der Hygieni- sierung noch im Substrat vorhanden Bild 2. Wirkprinzip der Biogasanlage 2 Heft 4/2012 •
  2. 2. Prozess- Energieautomationpumpt. Falls die Temperatur im Fer- Das Scada-System bietet eine Viel- verschaffen kann und der gesamtementer zu niedrig wird, ist mit Hilfe zahl von Möglichkeiten, um Prozess- Prozess überwacht wird. Verschiedeneder Logistikpumpe ein Aufwärmen zustände realistisch und anwender- Bedien- und Funktionalbilder könnenüber den Wärmetauscher möglich, freundlich nachzubilden. Die Gestal- durch einen Klick auf den entspre-ebenso ist auch ein Umpumpen der tung der Bedienoberfläche bietet eine chenden Bereich aufgerufen und de-Inhalte zwischen den Fermentoren flexible und aufgabengerechte Dar- tailliert dargestellt werden. Im unte-möglich. stellung des Prozessdialogs. Einen ren Teil des Bilds sind die Alarm- und Auf den Nachgärfermenter ist ein guten Überblick über den gesamten Meldeübersichten zu erkennen. DortDoppelmembrangasspeicher zur Zwi- Prozess gibt das Hauptbild der Bio- werden Zustände angezeigt, die nichtschenspeicherung des Biogases aufge- gasanlage (Bild 3). Diese Anzeige ist quittiert werden müssen, sowie aktu-setzt. Mit Hilfe eines Stützluftgebläses immer auf dem Bildschirm zu sehen ell anstehende Alarme deren Kennt-wird Luft in den Raum zwischen den und kann weder entfernt noch kön- nisnahme im Online-Alarmbild vombeiden Membranen eingeblasen. Da- nen Bedienhandlungen vorgenom- Bedienpersonal zu bestätigen sind.durch wird einerseits ein im Gasraum men werden. Dabei war es für die Die Alarm- und Meldeübersichtenleichter Überdruck erzeugt und so ein Anlagenbedienung wichtig, dass sich können angezeigt, ausgedruckt undungewolltes Eindringen von Luft ver- der Betreiber leicht einen Überblick auf Massenspeicher archiviert wer-hindert, andererseits erhält dadurch über den gesamten Anlagenzustand den. Dabei werden Bildschirm-,die Außenmembran ihre Kuppelformund damit die erforderliche Windsta-bilität. Das ausgegorene Substrat wirdmit einer Pumpe aus dem Gärrestlagerzur Siebanlage gepumpt. In der Sieb-anlage werden die restlichen Grob-stoffe entfernt. Aus dem Schacht nachder Siebanlage wird dann mittels ei-ner zweiten Förderpumpe das Substratin das Gärresteendlager gepumpt.Über zwei Schieber wird dann mittelsSignal vom Niveauschalter das Subs-trat abgelassen. Per Tankwagen wirddas Substrat dann aus dem Übergabe-tank abtransportiert. Die zwei Blockheizkraftwerke-Stati-onen dienen der Verwertung des Bio-gases zur Produktion von elektrischerEnergie und Heißwasser. AllfälligesÜberschussgas wird über die Gasfa-ckel verbrannt. Die Abwärme derBlockheizkraftwerke wird in den Puf-ferspeicher geladen. Von diesem wer-den zwei Heizungsverteiler versorgt.Scada-Systemals Herzstück der Anlage Eine Hauptanforderung des Anla-genlieferanten war der strikte Einsatzvon Standardbausteinen im Hard-und Softwarebereich. Diese Kompo-nenten sollten praxisbewährt sein undeinen hohen Grad der Integration be-sitzen. Das Scada-System „ProficyiFIX“ sowie die Produktions- und Pro-zessdatenbank „Proficy Historian“von GE Intelligent Platforms [3] stel-len das eigentliche Herzstück der An-lage dar. Das Unternehmen OrmaticGmbH [4] aus Berlin wurde aufgrundihrer langjährigen Erfahrungen im in-ternationalen Anlagenbau mit derPlanung und Ausführung des Auto-matisierungskonzeptes beauftragt. • Heft 4/2012 3
  3. 3. Prozess- Energieautomation Grenzwerten und Bedienbilder zeigen dem Anlagenbe- Störgrenzen sind diener den Betriebszustand von ein- im Rahmen des in- zelnen Anlagenkomponenten unmit- stallierten Systems telbar an. Ein Beispiel dafür sind die vom Bedienperso- im Bild 4 aufgerufenen Detailbilder nal einfach durch- der Vorversäuerung, Beschickung und führbar. Dazu be- Fermentation. darf es allerdings Die Prozesssignale werden in Form der richtigen Zu- von grafischen Variablen in Prozess gangsebene. Die Bildern dargestellt. Insgesamt hält die übersichtliche Applikation der Biogasanlage mit dem Handhabung der Scada-System über 1 500 externe In- Software macht es put-Output-Datenpunkte. Mit ver- dem Betreiber von schiedenartigen Animationsverknüp- Anfang an mög- fungen kann praktisch jede Applika­ lich, selbst erfor- tionsstrategie abgedeckt werden. Ob- derliche Anpas- jekte und Objektgruppen, einschließ- sungen durchzu- lich ihrer Prozessverknüpfung, kön- führen. Der anfal- nen hinsichtlich Zeiteinsparung in lende Projektie- einer Bibliothek abgespeichert, ins-Bild 3. Hauptbild Biogasanlage rungsaufwand tanziiert und wiederverwendet wer- konnte im Ver- den. In den umfangreichen Symbolbi- Druck- und Speicherformate indivi- gleich zu anderen vergleichbaren Pro- bliotheken des Scada-Systems liegen duell festgelegt. jekten reduziert werden [5 und 6]. Im auch Echtzeit- und historische Trend- Der Einsatz des Scada-Systems er- Hintergrund läuft zudem die Ferndiag- diagramme als fertige Module vor. möglicht schnelle und effiziente Mo- nose als eigenständige Task ab. Abge- Historische Daten können angezeigt, difikationen. Eine strukturierte Heran- rundet werden die Systemdienste durch abgespeichert und ausgedruckt wer- gehensweise des Engineering ist ge- die Möglichkeit einer WLAN-Ferndia- den. Ebenfalls über fertige Module ist kennzeichnet vom durchdachten mo- gnose. Im Störfall können Analysen die Bildschirmausgabe aller bzw. ein- dularen Einsatz von Unterprogram- des System- bzw. Anlagenzustandes zelner Störmeldungen als Zusammen- men und Objekten. Dadurch erhöht remote durchgeführt werden. Damit fassung oder Historie möglich. sich unweigerlich die Übersichtlich- wird ein Echtzeit-Support der Anlage Ein graphisches Objekt oder ein keit und Wartbarkeit der Anwendung. ohne Störung möglich. Symbol kann durch Anhängen soge- Diese Vorteile machte sich Ormatic Aus dem Hauptbild der Prozessvisu- nannter Animationsverknüpfungen sowohl bei der Inbetriebnahme als alisierung heraus können zwei Arten animiert werden. Diese veranlassen auch bei nachträglichen Änderungen von Unterbildern aufgerufen werden. eine Veränderung des Erscheinungsbil- und Anlagenerweiterungen zunutze. Zum einen sind dies Funktionalbil­ des eines Objekts oder Symbols, um Spätere Neueingaben von Meldun- der, die über Buttons am oberen Änderungen eines Wertes innerhalb gen, Steuerbefehlen, Sollwerten, Bildschirm ausgewählt werden und der Datenbank oder eines aus Variab- Zusatzfunktionen len und anderen Werten zusammenge- zum Prozess bein- setzten Ausdrucks widerzuspiegeln. Es halten. Zum ande- kann sich beispielsweise in Abhängig- ren werden die keit vom Betriebszustand die Farbe ei- Unterbilder er- ner Pumpe ändern. Ferner kann das gänzt durch Be- Pumpensymbol zu einer Schaltfläche dienbilder, die di- gemacht werden, mit der die Pumpe rekt aus der Ober- dann durch Anklicken ein bzw. ausge- fläche heraus auf- schaltet werden kann. Es besteht die gerufen werden Möglichkeit, einem Objekt oder Sym- und den entspre- bol mehrere Animationsverknüpfun- chenden Anla­ gen zuzuweisen. Durch Anklicken des genteil detaillier- entsprechenden Schalters wird die je- ter darstellen. Um weilige Verknüpfung ausgewählt und die wichtigen De- die Dialogbox zur Definition der Ver- tailinformationen knüpfungsdetails aufgerufen. leicht aufzurufen, wurde hier die Hohe Systemsicherheit „Bild-in-Bild“- Ein wesentlicher Aspekt des Scada- Technik verwen- Systems „Proficy iFIX“ ist die System- det. Die dyna- sicherheit. Unbefugte Bedienung wirdBild 4. Beispiele Detailbilder Biogasanlage misch animierten über einen frei konfigurierbaren Pass- 4 Heft 4/2012 •
  4. 4. Prozess- Energieautomationwortschutz mit verschiedenen Zu- Erfassung und Archivierunggriffsebenen verhindert. Zu diesem von Produktions- undZweck erfolgt beim Start der Anwen- Prozessdatendung eine Abfrage von Benutzerna- Gerade bei Biogasanlagen istmen und Passwort; zusätzlich kann es wichtig, dass sich der Betrei-eine Aktivitäten-Überwachung akti- ber leicht und schnell einenviert werden. Nach dem Anfahrzyklus Überblick über den Anlagenzu-der Anlage kann der Bediener durch stand verschaffen kann. Das be-Veränderungen der Sollwerte in den triebliche Berichtswesen soll da-automatischen Prozess eingreifen und für sorgen, dass Mitarbeiter diediesen gemäß den gewünschten tech- richtigen Informationen in ange-nologischen Parametern beeinflussen. messenen Zeitrahmen und in der Im Modus Bediener sind alle Be- gewünschten Form zur Verfü-dienbilder und die darin enthaltenen gung gestellt bekommen. Füh-Aktoren zu schalten und die Leistun- rungskräfte als auch Sacharbei-gen der Frequenzumformer zu verän- ter benötigen in regelmäßigendern. Auch die Funktionalbilder, Alar- Abständen ereignisorientierte Bild 5. Chargen Report Hygienisierungme und Trends sind abrufbar. Aller- Informationen über den Betriebdings ist kein Parametrieren der Anla- der gesamten Biogasanlage. Sie be- Präsentation der Ergebnisse. Basie-ge möglich. Erst im Bedienmodus kommen Fakten geliefert, die ihnen rend auf den Microsoft Reporting Ser-Experte kann in die Parametrierebe- helfen, Trends zu identifizieren, Kon- vices verfügt er über aussagefähigenen gewechselt und die prozessbezo- trollen durchzuführen oder Planun- vorentwickelte Standardberichte so-genen Einstellungen vorgenommen gen zu starten. wie flexible Auswertungen. Das Port-werden. Es lassen sich sowohl allge- „Proficy Historian“ wurde speziell folio der Berichtstypen ist vielfältig.meine Parameter für die Beschickung für die Erfassung, Verarbeitung, Ar- Eine Auswahl bereits vordefinierterdes Fermentationsprozesses sowie chivierung und Präsentation von Pro- Berichte bilden Tages-, Wochen-, Mo-Sollwerte, Betriebsstundenzähler, duktions- und Prozessdaten entwi- nats-, Quartals- und JahresberichteTemperaturgrenzwerte als auch tech- ckelt. Das System dient der zentralen sowie der im Bild 5 ersichtliche Char-nologische Parameter, wie Regelpara- Langzeitarchivierung und Auswer- gen-Report der Hygenisierung nachmeter oder Befüllmengen, an die sich tung von Prozesswerten, Meldungen den Vorgaben des Amts für Veterinär-ändernde Anforderungen anpassen. und Alarmen, Operatoreingriffen und wesen. Für Prozesspumpen und Ventile Chargenprotokollen. Es bekommt zur Das erfolgreich abgeschlossene undsind im Automatik- und Handbetrieb Speicherung direkt vom Prozessleit- zuverlässig arbeitende Projekt doku-Verriegelungen eingebaut. Dadurch system alle relevanten Informationen. mentiert: Mit zeitgemäßen und flexi-wird verhindert, dass im Handbetrieb Spätere Analysen über Störungen und blen Standardsystemen können ver-eine Prozesspumpe geschaltet wird, Stillstands-Zeiten über einen Zeit- schiedene Bedürfnisse unterschiedli-ohne dass der zugehörige Medienfluss raum von mehreren Monaten oder cher Anlagenbetreiber kostengünstigdurch offene Ventile frei ist. Ventile Jahren helfen Schwachpunkte der An- bewältigt werden. Das leistungsfähigewiederum können nicht geschaltet lage zu erkunden. So ist es möglich, Scada-System „Proficy iFIX“ und diewerden, wenn eine Pumpe im zugehö- exakte Kostenberechnungen durchzu- Produktions- und Prozessdatenbankrigen Prozesskreis eingeschaltet ist. führen und die Prozessanlage opti- „Proficy Historian“ können die vonSollte ein offenes Ventil die Endlage miert zu betreiben. Kundenseite gestellten Anforderun-verlassen, wird automatisch die zuge- Zur Auswertung der in der Daten- gen erfolgreich meistern.hörige Prozesspumpe augenblicklich bank gespeicherten Werte stehen um-abgeschaltet. fangreiche, von Ormatic entwickelte Literatur Jede hydraulische Stellarmatur Analyse- und Berichtsfunktionen zur [1] Pfaffenberger, W.; Ströbele, W: Energiewirt- schaft: Einführung in Theorie und Politik.kann in den Hand- als auch in den Verfügung. Alle Daten aus dem Profi- Oldenbourg Wissenschaftsverlag, München:Automatikbetrieb genommen werden. cy Historian Server sind problemlos 2009, 349 Seiten.Nur im Handbetrieb ist der Button im Zugriff und beliebig kombinierbar [2] Weiland, P: Notwendigkeit der Biogasauf-zum Auf-/Zuschalten sichtbar und für flexible Ansichten. Individuali- bereitung und Stand der Technik. In: Gül- zower Fachgespräche, Band 21: Workshopdamit bedienbar. Die Prozesspumpen sierbare Berichte und Auswertungen Aufbereitung von Biogas, Fachagenturund Rührwerke haben drei Arbeitszu- sind einfach aus bereits vordefinierten Nachwachsende Rohstoffe, Gülzow-Prüzen:stände, die sich gegenseitig verrie- Formularen zu generieren. Zudem ha- 2003, S. 23-35. [3] GE Intelligent Platforms: www.ge-ip.comgeln. Im Automatikbetrieb werden die ben die einzelnen Berichte unter- [4] Ormatic GmbH: www.ormatic.deGeräte als Automatikprogramm in der schiedliche Adressaten, die vom Ma- [5] Schulz, T.: Genügt höchsten AnforderungenSPS geschaltet. Der Handbetrieb nagement bis zum Sachbearbeiter – Automatisierung einer Anlage zur Speise-schaltet die Geräte über die Prozessvi- reichen. öl-Raffination. Pharma + Food, 3 (2000) Nr. 1, S. 16-19.sualisierung aus. Für den Wartungs- Der flexible Berichtsgenerator bietet [6] Schulz, T.; Mönkemeyer, F.: Redundantesbetrieb befindet sich am Schalterge- neben den reinen Abfragefunktionen Leitsystem für die Herstellung von Holzfa-häuse ein Vorortschalter für die lokale zusätzliche Möglichkeiten zur inhalt- serplatten. etz Elektrotechnik + Automati- on, 127 (2006), Nr. 11, S. 8-12 nBedienung. lichen und optischen Gestaltung der • Heft 4/2012 5

×