Die Skigebiete sind heute das Kernstück der Wintertourismuswirtschaft. Maßgeblich für den Erfolg verantwortlich ist der Faktor Schnee – denn Touristen kommen, wenn Schnee da ist. Deshalb verlassen sich die Skigebiete für optimale Pistenverhältnisse und möglichst lange geöffnete Skianlagen seit ­geraumer Zeit auf die technische Beschneiung. Um dabei eine hohe ­Produktionsqualität, einen optimierten Wasserverbrauch, geringe Umwelteinwirkungen und vor allem einen niedrigen Energieverbrauch zu sichern, müssen solche Beschneiungsanlagen sorgfältig geplant und entwickelt werden. Dies erfordert große Kompetenz und Erfahrung sowie eine gute Automationstechnik, sowohl in der Hardware als auch in der Software zum Bedienen und Beobachten.

Ausgehend von diesen Überlegungen beschloss das Konsortium 'St. Moritz Engadin Mountains', sein gesamtes Beschneiungssystem zu erneuern. Es sollte eine Lösung zum Einsatz kommen, die es schafft, die Produktionseffizienz durch die Zusammenlegung der Westseite und des Nordhanges zu steigern und den Energieverbrauch zu senken. Die Anlagen der Westseite waren Anfang der 90er von Demaclenko gebaut worden. Sie bestehen aus rund 250 unterirdischen Beschneiungsschächten mit sechs Pumpstationen, um das Wasser von 1800 m auf 2900 m Höhe zu pumpen. Die installierte Gesamtleistung beträgt 7MW. Der Nordhang war in den 90er-Jahren von der Firma Sufag mit rund 200 Beschneiungsschächten und drei Pumpstationen bei einer installierten Gesamtleistung von 4 MW ausgerüstet worden.

Die komplexe Netzwerk-Architektur des gesamten Skigebietes ist im Glas­fasernetzverbund vernetzt.

Das Projekt der Zusammenlegung zielte darauf ab, das Anlagenmanagement anhand eines einzigen SCADA-­Systems zu optimieren, die Betriebs­effizienz zu verbessern und dadurch den Energie- und Wasserverbrauch zu reduzieren. Mit den Projektplanungs- und Umsetzungsarbeiten wurde die Schweizer Gesellschaft Frey aus Stans beauftragt, welche auf die Unterstützung des Unternehmens Ela aufgrund deren Kompetenz und einschlägigen Projekterfahrung zurückgriff. Für die Systemarchitektur wurde nach einer Analyse als SCADA-Plattformtechnologie Movicon 11.3 von Progea gewählt. Ausschlaggebend dafür war die modulare Bauweise der Technologie. Denn die beiden Einzelprojekte sollten getrennt geplant und anschließend in einem einzigen Projekt vereint werden.

Durch diese Modularität ließ sich eine Parent-Child-Projektarchitektur entwickeln. Dem Parent-Projekt sollten die Ressourcen der Children zur Verfügung stehen, die jedoch weiterhin eigenständig und unabhängig arbeiten sollten. Auf diese Weise wurden die Children – das heißt die jeweiligen Projekte Nord- und Westhang – in einem Parent-Projekt vereint. So konnten die Entwicklungsteams getrennt gehalten und die jeweilige Projektunabhängigkeit gewahrt werden.

Die Systemvoraussetzungen

Das zentrale und vereinheitlichte SCADA-System hatte die Hauptaufgabe, Bedienstationen mit homogenen, modernen Bedienoberflächen bereitzustellen und die verschiedenen Workstations der Beschneiungsanlagen dadurch zu inte­grieren und zu modernisieren. Die Benutzer sollten von jeder Workstation aus über dieselbe Bedienoberfläche auf jede Anlagenfunktion zugreifen können. Außerdem wurde dabei der immer besetzten Station von Corviglia die ‚Hauptrolle‘ im gesamten Systembetrieb ­übertragen. Daneben musste das System die Benutzerverwaltung zentralisieren und neuen zugangsberechtigten Benutzern den Zugriff von jeder Workstation und von jeder Bediensta­tion aus – auch über das Web – ermöglichen.

Die fünf Grundfunktionen des SCADA-Systems sind:

1. Ansteuerung der Pump­stationen

Das SCADA-System lässt die Pumpstationen komplett ansteuern. Hierfür werden sie auf Bedienoberflächen mit Prozessbildern verwaltet und parametriert, um wiederverwendbare Funktionen schneller zu projektieren und um mögliche Fehler zu reduzieren. Alle Pumpen ­jeder Pumpstation werden komplett und einzeln mit manuellen und auto­matisierten Befehlen sowie mit speziellen Betriebsparameter-Konfigurationen angesteuert, die zur Rückverfolgbarkeit und Sicherheit in Datenbanken aufgezeichnet werden. Spezielle Algorithmen dienen der Verbrauchsoptimierung, die in den statistischen Reports nachweisbar ist.

2. Detail-Analysen der ­Schnee-Erzeuger

Die technische Beschneiung wird vollautomatisch über die Schnee-Erzeuger-Steuerungstechnik abgewickelt. Das gesamte Skigebiet wird mit Detailkarten auf den Prozessbildern des SCADA-Systems visualisiert. Dadurch ist eine einfache Lokalisation, Konfiguration und sogar der Ausbau oder ein belie­biger Einbau andernorts möglich. Das System verwendet ein vom Unternehmen Ela entwickeltes Parametrierungssystem. Damit können die Feldkonfigurationen gelesen und die Statusdaten für jeden einzelnen Schnee-Erzeuger auf den Karten angezeigt werden. Ausgehend von den auf den Gebietskarten dargestellten Daten wie Position und Zustand können für jede einzelne Maschine Detailanalysen durchgeführt werden. Die parametrierten Detailfenster der einzelnen Maschinen enthalten die jeweiligen Prozessdaten wie Inbetriebnahme, Alarme, Stillstand oder Produktion und Messwerte wie Lufttemperatur, Düsenstockkranz-Temperatur, Wassertemperatur, Luftfeuchte, Wasserdruck, Windrichtung oder Windgeschwindigkeit.

Interessant dabei ist, dass jeder Schnee-Erzeuger ohne Software-Änderungen physisch an jedem beliebigen Punkt des Skigebietes positioniert und angeschlossen werden kann. Das SCADA-System aktualisiert seine Kon­figuration über einen Befehl und weist den Projektvariablen anhand der automatischen Neukonfiguration des Treibers während des Betriebs die neuen Adressen zu, auch wenn ­diese physisch in anderen SPS ange­siedelt sind.

Mit der Movicon-Software können alle Systemfunk­tionen in den verschiedenen Anlagestationen mittels der kartographischen Darstellung des Skigebietes angesteuert werden.

© Progea

3. Datenaufzeichnung und Datenauswertung

Für jeden Schnee-Erzeuger werden alle Prozessdaten in relationalen, SQL-Server-basierten Datenbanken mit den na­tiven Datenlogger-Tools von Movicon aufgezeichnet. Zu diesen Daten gehören zum Beispiel die Lufttemperatur, die Feuchtkugeltemperatur, die Luftfeuchte und der Wirkungsgrad. Daneben werden alle Verbrauchsdaten wie Betriebsstunden (nach Temperaturstufen, Wasserverbrauch und Stromverbrauch) registriert. Die Teil- oder Gesamtverbrauchsdaten können auf diese Weise abgerechnet und nach Zeitraum oder einem anderen Filterkriterium gefiltert werden. Reports und Trendmodelle stellen die Betriebsdiagramme mithilfe der Analysetools von Movicon im gewünschten Zeitraum dar. Auch für die Pumpstationen erfolgt die Aufzeichnung der Prozessdaten und Messwerte wie Wasserstand, Einlass- und Auslassdruck oder Flusswerte nach denselben Kriterien.

4. Alarmmanagement

Das Alarmmanagement erfolgt zen­tra­lisiert für alle modularen Projekte (Children). Lokal an den einzelnen Workstations wird die Diagnostik zur Visualisierung bereitgestellt – sowohl aktive als auch historisierte Ereignisse. Das System verwaltet insgesamt 3800 Alarme, unterteilt nach Alarmbereichen und Schweregrad-Prioritätsstufen. Die Diagnostik und Funktionen von Movicon ermöglichen bei jedem visualisierten Ereignis ein entsprechendes Eingreifen der Bediener. Durch das effiziente Alarmmanagement hat das Service-Personal die gesamte Anlage von jeder Workstation aus unter ­Kon­trolle.

Außerdem meldet Movicon Ereignisse per SMS, E-Mail oder Sprachsynthese und garantiert dadurch selbst an nicht besetzten Arbeitsplätzen schnelle Reaktionszeiten.

5. Benutzer- und Passwort­verwaltung

Das System verwaltet zentralisiert alle Benutzer der modularen Children-Projekte sowie des Parent-Projektes. Es synchronisiert in allen Projekten (modular oder in Client-Server-Ar­chitektur) die Benutzerverwaltung, auch für die während der Laufzeit­ausführung des Projektes eingerich­teten Benutzer. Das System verfügt über sieben Be­nutzer- sowie eine Administrator-­Ebene, um die Zugangsrechte zu den An­lagenbefehlen entsprechend zu differenzieren. Möglich wären bis zu 1024 Ebenen.

Die Architektur des SCADA-Systems lässt anhand der Windows-Funktion Terminal-Server verschiedene Client-Stationen verwalten, sofern sich die Client-Station innerhalb des Skigebiet-LAN-Netzwerkes befindet. Außerdem ist das System für den (noch nicht genutzten) Web-Zugriff ausgelegt: Die spezielle Web-Client-Funk­tion ermöglicht es, auf die Anlage auch über das iPhone, iPad oder andere ­Mobilgeräte sowie mit jedem Browser zuzugreifen.

Weitere Integrationen geplant

All diese Voraussetzungen erfor­derten eine sorgfältige Projektierung der SCADA-Plattform. Die Movicon-Technologie erfüllte die Grundvor­aussetzungen in Sachen Projektmodularität und Erweiterbarkeit. Daneben stand den Projektanten eine nur äußerst knappe Projektierungszeit von zirka sechs Monaten zur Verfügung. Der kurze Bergsommer und die bevor­stehende Wintersaison führten zu präzisen Zeitlimits, die eine rasche ­Planung, Installation und Inbetriebnahme erforderten. Die Teamarbeit der Unternehmen, die Leistung der Movicon-Plattform und der Support-Service von Progea sorgten dafür, dass das Skigebiet bereits ab Oktober technisch ­beschneit werden konnte. Das System verwaltet nun 4500 Projektvariablen. Diese sind für eine ­einfache Para­metrierung des Systems in Datenstrukturen organisiert. Damit wird die ­Datenaufzeichnung in der SPS und die Datenorganisation im System selbst erleichtert. Von den ­verschiedenen Skistationen aus kann auf die ­einzelnen modularen Nord- und West-Projekte zugegriffen werden. Von Anfang an überzeugten die Systemeffizienz, die Bedienfreundlichkeit sowie die Integrationsfähigkeit. Des Weiteren zeigten sich die wirtschaftlichen Vorteile bei der Systemoptimierung und Rationalisierung des Systembetriebs. Die Zufriedenheit des Kunden kam ­außerdem im ­Willen zum Ausdruck, auch die Seilförder­anlagen in das ­System zu in­tegrieren, die den zweiten Dreh- und Angelpunkt des Winter­sportortes darstellen.

Autoren:
Helmuth Lardschneider und Alfi Piazza sind bei Ela Srl tätig.
Markus Stadelhofer ist Geschäftsführer bei Progea.

Architektur des Beschneiungssystems

Die Architektur sieht eine nicht besetzte Server-Talstation (Signal) in der Ortschaft St. Moritz vor. Die Station ist im Glasfasernetzverbund mit den Client-Stationen und einem Teil der im Feld verteilten SPS vernetzt. Die anderen beiden SCADA-Stationen befinden sich in den besetzten Workstations von Corviglia, Celerina, Trutz und an der Bergstation Signal. An das zentrale SCADA-System sind die Saia-SPS-Netzwerke angebunden, wo dreizehn Hauptstationen im Glasfaser-Ethernet und eine Reihe von Sekundärstationen in Unternetzwerken per RS 485 anhand der Master-Gateway-Technologie für die Saia-SPS vernetzt sind. Dabei verwendet der Movicon-SCADA-Rechner den nativen I/O-Treiber für Saia, Multiport genannt, der alle Saia-Geräte mit sämtlichen verfügbaren Protokollen einschließlich S-Bus anbindet.