Die Anforderung der Betreiber ist verständlich, speziell im Kraftwerksbau. Schließlich sind die Datenmengen gigantisch, die bei der Planung und dem Betrieb eines Kraftwerks erstellt, abgestimmt, verwaltet und revisioniert werden müssen. Unterschiedliche Zulieferer vervielfachen den Aufwand, da deren Daten meist inkompatibel sind und nur mit viel Aufwand in die Dokumentation einfließen. Auch wegen der enormen Auflagen hinsichtlich Sicherheit und Zuverlässigkeit von Kraftwerken ist es sinnvoll, die Projektierung zu zentralisieren.

Der Geschäftszweig Power & Water Solutions der Firma Emerson Process Management, stellte sich erstmals im Jahr 2009 dieser Herausforderung und zwar bei der Ausschreibung für ein 800-MW-Steinkohlekraftwerk in Norddeutschland. Bis dahin hatte sich der Leitsystemanbieter hauptsächlich an Ausschreibungen für die Gewerke Leit- und Automatisierungstechnik beteiligt. Bei diesem Kraftwerks-Projekt bot das Unternehmen ein deutlich erweitertes Leistungspaket an – neben dem Prozessleitsystem ein neues, intelligentes Tool für die komplette Projektdokumentation bis hin zur intelligenten Instandhaltung im späteren Anlagenbetrieb. Hierfür holte sich Emerson als Partner das Software-Systemhaus Aucotec mit ins Boot – und erhielt den Zuschlag für das Kraftwerk, das Ende 2012 ans Netz gehen soll.

Engineering integriert

Ausgehend vom P&I-Schema (oben) werden bei der Synchronisation die Leitsystem-Struktur (links), Loops und die Funktionspläne (rechts) erzeugt.

© Aucotec

Emersons Ziel ist, Anlagen aus einem Guss zu projektieren und dem Betreiber zu übergeben – das betrifft die komplette Leit- und Automatisierungstechnik ebenso wie sämtliche elektrotechnischen Dokumentationen. Allerdings sind die etwa 15 000 bis 20 000 Messstellenpläne in einem Kraftwerk und die dazugehörigen Änderungen unabdingbar nur mit Software zu bewältigen. Daher brauchte Emerson ein System für die komplette Automatisierung der Engineering-Pro­zesse, welches sich mit dem Leitsystem „Ovation“ integrieren lässt. Nach einer gründlichen Prüfung verschiedener Optionen fiel die Entscheidung auf die Aucotec-Lösung Engineering Base (EB).

Deren System-Architektur bietet mit ihrer Client/Server-Umgebung die notwendige Skalierbarkeit: Große Organisationen können damit verteilte Bearbeitungsprozesse realisieren und viele Anwender simultan an gemeinsamen Projekten auf einer zentralen Datenbank arbeiten lassen. Die differenzierte Ver­waltung von Zugriffsrechten erlaubt dazu die Festlegung von Rollenunterschei­dungen zwischen Projektieren, Erstellen von Stammdaten oder Generierung von Typicals. Am anderen Ende der Skala können ebenso kleine Consulting-Firmen das System auf Einzelplatz-Rechnern nutzen. Damit ermöglicht EB eine besondere Flexibilität, wie sie in Kraftwerks-Pro­jekten für die üblichen und notwendigen Kooperationen notwendig ist, und stellt gleichzeitig die Daten-Kompatibilität sicher. Die Lösungen auf dieser Plattform reichen vom Fließbild über die Leit- und Elektrotechnik in Großanlagen bis zum modularen Bordnetz in der Automobilindustrie. Im Kraftwerks-Sektor gehören zur Bandbreite des Systems P&I-Diagramme (Piping & Instrumentation) – sprich der grafische Instrumentierungs-Überblick – und die Dokumentation der Leit- sowie der kompletten Elektrotechnik.

Im November 2009 schlossen Aucotec und Emerson einen Rahmenvertrag zur Nutzung von Engineering Base als Basis für den Ovation Documenta­tion Builder, der in das Emerson-Leitsystem integriert ist. Die Kraftwerks-Experten setzen das Tool nicht nur für ihre eigenen Projekte in Europa ein, sondern vertreiben die Software auch an Endnutzer und Zulieferer. Die Kombination von Anlagenplanung und Leitsystem-Projektierung bewirkt in der Praxis einen kräftigen Effizienzsprung: Beispielsweise entfällt die doppelte Pflege der bis zu 20 000 Ein-/Ausgänge. Weitere Zeitpuffer für die notorisch unter Termindruck stehenden Projekteure generiert der automatische Abgleich von Änderungen zwischen Leitsystem und Documentation Builder.

Der Datenabgleich basiert auf einem speziell entwickelten XML-Format. Über diese XML-Dateien werden im Leitsystem projektierte Konfigurationen mit den Anlagendaten im Ovation Documentation Builder abgeglichen und stehen für die weiteren Planungsschritte wie die Mess- und Regel-Systemplanung (I&C-Design: Instrumen­tation&Control) zur Verfügung. Die Systemdokumentation – einschließlich Schaltschrank-Layout, Anordnung der E/A-Karten und Schaltschrank-Zeichnungen – lässt sich direkt aus den Systemdaten generieren. Weitere Funktionen ermöglichen die Erstellung der I&C-Dokumentation einschließlich der P&I-Diagramme.

Komplette Dokumentation in sechs Schritten

Die Festlegung der Feldinstrumentierung wird durch den Import von Kundendaten als Excel-File unterstützt.

© Aucotec

Der in sechs Schritte gegliederte Engineering-Workflow beginnt mit der Festlegung der Feldinstrumentierung. Das kann auf zwei Arten geschehen: Entweder über P&I-Schemata oder per Import der Kundendaten als Excel-File, welches die gesamte Instrumentierung auflistet. Aucotec hat dafür ein Add-on entwickelt, das den Daten-Import ermöglicht und gleichzeitig die Struktur des Kraftwerks-Kennzeichnungs-Systems (KKS) berücksichtigt. Stets wird dabei das gleiche Datenmodell gefüllt – unabhängig davon, ob über grafisch interaktive Bearbeitung oder per Listenimport –, so dass alle weiteren Schritte im Engineering-Prozess einheitlich und damit effizient erfolgen können.

Parallel dazu wird im Leitsystem manuell das Anlagenkonzept mit allen Automatisierungskomponenten und den passenden E/A- oder Feldbus-Karten definiert. Hier kommt das simultane Arbeiten in großen Projekten zum Tragen: Wann immer eine Information bereitsteht, fließt sie in das konsistente Modell der Anlagenplanung ein, deren Detaillierungsgrad stetig zunimmt. Im zweiten Schritt werden über eine gesonderte Schnittstelle Festlegungen wie die Kartendefinitionen und Signalnamen in den Documentation Builder eingespielt. Mit Hilfe dieser eindeutigen Bezeichnung erfolgen die Zuordnungen der Automatisierungs-Geräte zu den entsprechenden Karten und ihren Kanälen.

Im Anschluss daran lassen sich in einer Sammelfunktion mit Hilfe von Typicals für Messstellenpläne die einzelnen Loops generieren. Dabei referenzieren die Typicals auf bereits erstellte Bibliotheken. Auch hier unterstützt die Software die effiziente Bearbeitung: Während einige Projekteure die Struktur des Leitsystems definieren, arbeiten andere bereits an der Definition der Typicals. Diese Standards können von der Verschaltung aller Komponenten einer Messstelle bis hin zu vorgefertigten Datenblättern oder Montage-Anleitungen beliebige Details und Informationen beinhalten. Anhand der anlagenbezogenen Festlegungen sind die Typicals dann nur noch den Signalnamen zuzuordnen. Anschließend entsteht die individualisierte Dokumentation weitgehend automatisch. Im vierten Schritt kommt der Schaltschrank-Konfigurator „Cabinet Builder“ zum Einsatz, eine Eigenentwicklung von Emerson auf Basis des Program-Interfaces. Dieses Tool erstellt mit Hilfe der Vorlagen den Schaltschrank-Aufbau automatisch. Diese Vorlagen enthalten dazu die verwendeten Automatisierungsgeräte und Komponenten wie Kabelkanäle und Sammelschienen. Engineering Base unterstützt die Entwicklung solcher Erweiterungen durch ein Interface für Add-On-Programme sowie die integrierte VBA-Entwicklungsumgebung (Visual Basic for Applications).

Im fünften Step des Workflows erstellt das so genannte „Spare Capacity Management“ eine Projekt-Statistik über die prozentuale Belegung aller Verteiler-Klemmkästen, Kabeladern, Ein-/Ausgänge, Steckplätze und Karten. Hierüber lässt sich feststellen, ob die notwendigen Reserven für spätere Erweiterungen einer Anlage eingehalten wurden. Ebenso dient die Statistik der Material-Optimierung: Selten benutzte E/A-Kasten können identifiziert werden und lassen sich im Hinblick auf kostengünstigere Lieferbedingungen unter Umständen austauschen. Bei der Gesamt-Kundendokumentation für den Betreiber – dem letzten Schritt – kann der Betreiber wählen zwischen einem neutralen PDF-Format und einer Online-Dokumentation. In Verbindung mit einer erweiterten Maintenance-Lizenz können Instandhalter damit aus dem Leitsystem heraus im Documentation Builder navigieren. Ein Mausklick auf einen I/O-Kanal zeigt beispielsweise sämtliche logische Verbindungen dieses Kanals. Auf dieselbe Art kann das Wartungspersonal bei Störungen in Funktions- und Schaltplänen oder auch im P&ID-Schema nach der Ursache suchen.

Wandel zum Lösungsanbieter

Mit diesem Engineering-Konzept ist Emerson nicht nur beim Kraftwerks-Projekt in Norddeutschland erfolgreich. Der Bereich Power & Water Solutions hat damit weitere Aufträge als Main-Contractor gewonnen, unter anderem für den Braunkohle-Kraftwerksblock eines Wärmeproduzenten in Tschechien. Ein ganz besonderes Projekt entsteht derzeit in der Ukraine: Unterstützt von der Weltbank nimmt ein gigantisches Wasserkraftprojekt am Fluss Dnjepr Gestalt an: Emerson ist dort verantwortlich für die Erneuerung der Automatisierung von 100 Wasserkraftwerken mit einer Leistung von über 4500 MW.

Ohne die Integration eines Tools für die Automatisierung der Engineering-Prozesse wären diese Projekte weder erreichbar noch umsetzbar. Daher bedeutet die integrierte Vorgehensweise einen wichtigen, grundsätzlichen Wechsel zum Universal-Anbieter. Dass die Planung von Instrumentierung und Verkabelung im Feld nicht mehr an externe Spezialisten vergeben werden muss, sondern im eigenen Haus mit einem integrierten Software-Tool entwickelt wird, schafft deutlich transparentere und durchgängigere Prozesse und erhöht die Unabhängigkeit. Die Kombination von Hardware-Lieferant und Engineering-Dienstleister stärkt das Unternehmen für den europäischen und langfristig ebenso für den weltweiten Wettbewerb.

Autor: Olaf Streit ist Sales Director bei der Firma Aucotec in Hannover.