Um einen effektiven Anlagenbetrieb zu ermöglichen, sind Windpark- und Netzbetreiber darauf angewiesen, die Betriebsdaten ihrer Anlagen effizient bereitzustellen und verfügbar zu halten. Sie benötigen zum einen exakte Angaben darüber, wie viel Energie ihre Anlagen erzeugen, zum anderen gilt es, Wetterdaten und Informationen zu Schaltanlagen zu sammeln und auszuwerten. Dabei stellen die genaue Datenanalyse und -vorhersage sowie die Planung der Energie-Abgabe hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Datenübertragung.

Vor diesen Herausforderungen stand ein Windparkbetreiber in Spanien. Der Energiekonzern musste einen zentralisierten Datenzugriff von drei verschiedenen Windparks gewährleisten, die jeweils rund 26 MW Leistung liefern. Diese Windparks bestehen aus Turbinen und Steuerungssystemen unterschiedlicher Hersteller, die über verschiedene Kanäle mit geringer Bandbreite in Verbindung stehen.

Sowohl zur Anlagenüberwachung als auch zur Entscheidungsfindung war eine zuverlässige Datenübertragung elementar für den Windparkbetrieb.

Um dies zu ermöglichen, benötigt das Unternehmen einen bidirektionalen Kommunikationskanal zwischen den Windparks, und zwar einem Steuerungs- sowie einem Dispatch-Zentrum, die sich beide in Madrid befinden. Weitere Anforderungen waren die Sammlung von Echtzeit- und historischen Daten für regelmäßige Berichte an die Unternehmenszentrale in Deutschland, die technische Diagnose und Echtzeit-Überwachung, zentralisierte Informationen für jeden Projektmanager sowie die Auslagerung der Aufsicht hinsichtlich der Instandhaltung.

Konnektivität dank OPC

Zur Erfüllung dieser Herausforderungen entschied sich das Energie-Unternehmen für den Einsatz von OPC, da dieser Standard die Kommunikation zwischen Geräten, Steuerungen und/oder Anwendungen adressiert, ohne von Verbindungsproblemen durch herstellereigene Treiber betroffen zu sein.

Zur Konsolidierung und Verwaltung seiner Windparks in Spanien setzt ein Energie­versorger auf OPC.

© Matrikon

Zu den am häufigsten verbreiteten Spezifikationen von OPC Klassik zählen OPC DA zur Übertragung von Echtzeitdaten zwischen Steuerungsgeräten und HMIs oder auch Historians, OPC HDA zur Übermittlung von Verlaufsdaten beziehungsweise historischen Daten sowie OPC A&E, womit sich Alarme und Ereignisse übermitteln lassen.

Diese OPC-Varianten basieren auf den binären Microsoft-Kommunikationspro­tokollen COM (Component Object ­Model) und DCOM (Distributed Component Object Model). Alle Steuerungssysteme, Maschinenschnittstellen und Automationsanwendungen, die auf der Windows-Plattform basieren, können mit dem klassischen OPC-Standard reibungslos Daten austauschen.

Da OPC die Implementierungseigenschaften von Datenquelle (zum Beispiel SPS) und Datenempfänger (zum Beispiel HMI) abstrahiert, lassen sich ­Daten ohne genaue Kenntnis der internen Datenorganisation und des Ver­bindungsprotokolls des Gegenübers austauschen. Der OPC-Standard liefert sowohl die Flexibilität, jedes SCADA-System, Datenarchiv oder Analyse-Werkzeug auf dem Markt zu wählen, als auch die Möglichkeit, die Robustheit bestehender Architekturen zu steigern. Letzteres erfolgt durch das Hinzufügen neuer Funktionen und Komponenten.

Für die Verbindung der spanischen Windparks entschied sich das Energie-Unternehmen, OPC-Lösungen der Firma MatrikonOPC einzusetzen.

Die Implementierung

Während der Implementierung der benötigten OPC-Lösungen waren zahlreiche technische Herausforderungen zu überwinden, sowohl bei den Wind-Energieparks als auch beim Kontrollzentrum in Madrid.

Die Daten werden nicht nur lokal bei den Windparks abgespeichert, sondern ergänzend automatisch an ein zentrales Datenarchiv im Steuerungszentrum übermittelt.

© Matrikon

Eine zentrale Herausforderung für fast jeden Windparkbetreiber ist die Konnektivität zwischen verschiedenen Steuerungssystemen. Im Fall der spanischen Windparks werden drei unterschiedliche Steuerungen von zwei Lieferanten verwendet. Durch den Einsatz von OPC ließ sich eine nahtlose Kommunikation zwischen den Steuerungen herstellen und alle notwendigen Daten konnten gesammelt werden.

Ein weiteres Problem stellten die aus den Turbinen stammenden Daten dar, die zunächst sehr rudimentär waren. Einsehbar waren nur grundlegende Informationen – etwa die Menge an produzierter Energie oder der Nickwinkel der Turbinenblätter. Um das Energie-Unternehmen mit ausführlicheren Daten versorgen zu können, wurde der ‚MatrikonOPC Calculator‘ in Verbindung mit dem ‚­MatrikonOPC Funnel‘ implementiert. Letzterer fungiert wie ein Trichter, der  Prozessdaten aus unterschiedlichen Windparks in einem Gateway vereint. Dadurch muss der OPC-Data-Calculator nur mit dem OPC-Funnel eine Verbindung herstellen, um Zugriff auf alle Datenquellen zu erhalten.

Der Data-Calculator ist eine OPC-Lösung, mit der sich eine beliebige Zahl an Echtzeit-OPC-Inputs vereinen, aufbereiten und in OPC-Outputs umwandeln lässt. So wandelt die Lösung Rohdaten in nützliche Informationen. Ein Beispiel: Wird die Information der Windturbinen mit der produzierten Energie kombiniert und ins Verhältnis zur mechanischen Beanspruchung gesetzt, wird erkennbar, wie effizient die Turbinen arbeiten.

Datenübertragung zum Archiv

Um die in Echtzeit gesammelten Daten langfristig analysieren zu können, war es für das Energie-Unternehmen wichtig, die gewonnenen Informationen zu archivieren. Anstatt sich dafür auf ein zentrales Datenarchiv zu stützen, fand die Desktop-Historian-Lösung von MatrikonOPC in allen drei Windparks Verwendung. Sie ermöglicht eine effiziente Datenarchivierung und lässt sich einfach installieren, konfigurieren und administrieren.

Um das Energie-Unternehmen mit ausführlicheren Daten versorgen zu können, wurde der ‚MatrikonOPC Calculator‘ in Verbindung mit dem ‚MatrikonOPC Funnel‘ implementiert.

© Matrikon

Sind beispielsweise Wartungsarbeiten bei den Windparks notwendig, können Techniker unter Rückgriff auf die lokalen Datenarchive auf alle benötigten Informationen vor Ort zugreifen.

Die Daten werden aber nicht nur ­lokal bei den Windparks abgespeichert, sondern ergänzend automatisch an ein zentrales Datenarchiv im Steuerungszentrum übermittelt. OPC-HistoryLink verwendet OPC HDA, um eine sichere und verlustfreie Übertragung von Daten von der Datenquelle zum Archiv zu gewährleisten. Windparks gene­rieren häufig große Datenmengen und halten diese vor; da sie sich aber oft in Gebieten mit einer geringen Netzwerk-Bandbreite befinden, ist eine ­zuverlässige Datenübertragung auf einen zentralen Ort schwierig. OPC-­HistoryLink versetzt den Energie­versorger in die Lage, bei Bedarf die wichtigsten Daten für den Transport zum zentralen Speicherort ­auszuwählen. Um ausgewählte Daten auszu­tauschen, gleichzeitig aber Sicherheits- und DCOM-Probleme zu vermeiden, sorgt der ‚Tunneller‘ zusätzlich für ­einen sicheren Verbindungsweg für die von den Windparks zu übertragenden Daten.

Autor: Jason Fletcher ist Global Sales Manager bei MatrikonOPC in Alberta, Kanada.