Von Jochen Petry

Vor dem Problem überalterter, aber nach wie vor zuverlässig funktionierender Steuerungstechnik steht aktuell der Kasseler Entwässerungsbetrieb (KEB) bei seinem Klärwerk Kassel. Die Anlagen im Kanalnetz werden seit Jahrzehnten mit Hilfe von Automatisierungsgeräten gesteuert. Für die Überwachung, Steuerung und Visualisierung befinden sich derzeit rund 90 SPS-basierende Automatisierungsgeräte im Einsatz. Zur Minimierung der Instandhaltungskosten wurde seit Jahren eine sehr hohe Standardisierung bei allen Komponenten der Automatisierungstechnik vorangetrieben. Daraus resultiert ein weitgehend homogener Aufbau der Automatisierungsstruktur auf Basis der modularen Steuerungen A120 und A250 der Firma AEG.

Ein von dem KEB im September 2007 an ein Ingenieurbüro erteilter Auftrag zur Ausarbeitung eines Migrationskonzeptes favorisiert das Retrofit-Konzept der Firma OHP. Ausschlaggebend war die weitere Nutzung der vorhandenen E/ABaugruppen. Lediglich die alten CPUBaugruppen der SPS-Systeme A120 beziehungsweise A250 werden durch die Zentraleinheiten @120 und @250 der Firma OHP ersetzt. Nur bei den A120-Steuerungen wird zusätzlich der Grund-Baugruppenträger (DTA200) gegen einen leistungsfähigeren (Typ DTA300) ausgetauscht, bei dem die Backplane dem leistungsstärkeren Prozessor der CPU angepasst ist. Ansonsten bleiben sämtliche E/A-Baugruppen und deren Verdrahtung mit der Prozessperipherie unverändert.

Die Koppelbaugruppen (KOS114/ KOS115) im Basisträger und Modnet-1-SFB (System-Feldbus) ermöglichen in Verbindung mit der DEA-Prozedur (Dezentrale Ein-/Ausgabe) die Nutzung der bisherigen Erweiterungs-Baugruppenträger. Alle relevanten E/A-Baugruppen der Systeme A120/A250 stehen als Redesign für mindestens 15 Jahre zur Verfügung. Damit ist eine langfristige Verfügbarkeit der wesentlichen Module gesichert. Ebenso können die vorhandenen Fernwirk-Kommunikationsbaugruppen für die Übertragungsprotokolle Protokolle 1/F oder 1/W weiterhin genutzt werden – parallel zu neueren Fernwirk-Protokollen wie IEC870-5-101/104. Da die bisherigen Zentraleinheiten jederzeit wieder gesteckt werden können, lässt sich bei Problemen der ursprüngliche Zustand umgehend wieder herstellen (kalkulierbares Risiko). Insgesamt sinkt der Projektierungsaufwand, da weniger Provisorien erstellt werden müssen.

Projektierung und Programmierung

Die bisherigen Zentraleinheiten unterstützten lediglich die Programmierung mit AKF (Anweisungsliste, Kontaktplan, Funktionsplan) gemäß DIN 19239. Mit der Migration erfolgt die Umstellung auf eine IEC61131-3-konforme Programmierung auf Basis der Projektierungsumgebungen Multiprog der Firma KW-Software.

Das Migrationskonzept setzt auf Modbus-TCP und den alten System-Feldbus Modnet-1-SFB von AEG auf.

Die bisherigen Zentraleinheiten unterstützten lediglich die Programmierung mit AKF (Anweisungsliste, Kontaktplan, Funktionsplan) gemäß DIN 19239. Mit der Migration erfolgt die Umstellung auf eine IEC61131-3-konforme Programmierung auf Basis der Projektierungsumgebungen Multiprog der Firma KW-Software.

Der KEB nutzt für die Anlagenprojektierung ein CAE-Tool, das aus den Planungsdaten wichtige Projektierungsdaten für die Programmierung generiert. Diese Daten lassen sich nur als Text-Datei exportieren. Der automatische Import dieser Dateien ist nur bei Multiprog problemlos möglich, da andere Programmiertools ausschließlich komplexere XML-Strukturen unterstützen.

Bei diesen Systemen hätten die rund 50 000 Prozessvariablen des Projekts nur nach vorheriger Aufbereitung und per Hand in das jeweilige Projektierungstool übernommen werden können. Das damit verbundene Risiko von Eingabefehlern und die daraus resultierenden Konsequenzen für den Anlagenbetrieb wären enorm gewesen.

Kopplung an das Leitsystem

Das im Klärwerk Kassel installierte Prozessvisualisierungssystem ProWin soll weiterhin Verwendung finden. Voraussetzung hierfür ist, dass die Automatisierungsgeräte das auf Ethernet basierende Modbus-TCP-Protokoll unterstützen. Ein weiteres Kriterium für die Systementscheidung war der Aufwand zur Integration der neuen Automatisierungskomponenten in das bestehende Visualisierungssystem ProWin. Der geringste Änderungsaufwand entsteht bei den @-Systemen, da die Daten weiterhin im bisher verwendeten Datenformat (Byte) übertragbar sind.

Neben der Unterstützung von Bussystemen wie Ethernet, Modnet-1-SFB, ist für eine Kommunikation von entscheidender Bedeutung, dass die Kommunikationspartner die gleichen Regeln beachten und die Daten identisch interpretieren, das heißt, das gleiche Protokoll unterstützen. Ein typischer Vertreter ist das Modbus-TCP-Protokoll, aber auch die DEA-Prozedur (Dezentrale Ein-/Ausgabe) des Modnet-1-SFB zur Ankopplung der Baugruppenträger. Das Migrationskonzept basiert darauf, dass die Kommunikation zu den vorhandenen DEA-Baugruppen der AEG-A250-Steuerungen weiterhin genutzt werden kann. Über das Modbus-TCP-Protokoll können strukturierte Netzwerke aufgebaut werden. Da auch das Prozessvisualisierungssystem eine Umstellung auf dieses Protokoll erlaubt, können alle vorgesehenen Kommunikationskanäle realisiert werden.

Für die Gesamtumrüstung ist ein Zeitraum von anderthalb bis zwei Jahren veranschlagt, da die Umrüstung bei laufendem Betrieb zu erfolgen hat.

Ein ähnliches Retrofit-Projekt bei der Bodensee Wasserversorgung in Stuttgart ist bereits abgeschlossen. Das Unternehmen versorgt 320 Städte und Gemeinden mit 4 Mio. Einwohnern. Die fernwirktechnische Überwachung und Steuerung erfolgt mit Steuerungen der ehemaligen AEG. Aufgrund der positiven Erfahrung mit den A120-Systemen entschloss sich das Unternehmen, die Altgeräte auf das @120-System zu migrieren. Hierbei konnten mit der ALU-Baugruppe die offenen Kopplungsstrukturen nach IEC 60870-5-101, -104 und Modbus-TCP genutzt werden. Die E/A-Baugruppen und die KOS-Kommunikationsbaugruppen für die bestehenden Fernwirkprotokolle 1/F und 1/W blieben unverändert erhalten.

Autor

Jochen Petry ist seit seiner Pensionierung freiberuflich für den Bereich SPS-Schulung und Öffentlichkeitsarbeit der Firma OHP in Rodgau verantwortlich.