Steuerungstechnik Wenn alt auf neu trifft

Alte Technik wieder zum Laufen bringen ist Frank Petters Hobby. Vor allem die Wasserkraftanlagen in Thüringen haben das Interesse des Elektroingenieurs geweckt. Zusammen mit zwei weiteren Partnern – einem Maschinenbauingenieur und einem Metallbaumeister – hat er sein Hobby zum Beruf gemacht und die Gesellschaft energetischer Projekte, GeP, gegründet. Die Gesellschaft befasst sich mit der Restaurierung und Wiederinbetriebnahme von alten Wassermühlen und Wasserkraftanlagen. „Unser Ziel ist es, historische Technik für die Nachwelt zu erhalten“, erklärt Petter. Dabei arbeitet das Unternehmen mit öffentlichen Trägern wie Stadtverwaltung oder auch mit einem Museum zusammen.

In der spätklassizistischen, 1835 gegründeten Industrieanlage „Neue Hütte“ in Schmalkalden wurden bis 1924 einheimische Eisenerze auf Holzkohlebasis zu Roheisen verhüttet. Die thüringische Anlage ist eine der letzten Zeugnisse dieser Technik in Mitteleuropa. 1921 wurde die Eisenhütte um eine Turbinenanlage ergänzt, die mittels Wasserkraft Strom für Arbeitsmaschinen und Beleuchtung im Werk erzeugen sollte. 1938 durch eine zweite Turbine erweitert, lieferte die Wasserkraftanlage noch bis in die 1960er Jahre hinein Strom. Heute bietet der restaurierte Gebäudekomplex als Museum einen Eindruck von der Größe und technischen Ausstattung einer frühindustriellen Hochofenanlage. Dazu wurde im Jahr 2000 auch die Wasserkraftanlage überholt, doch sie lief nur eineinhalb Jahre. Seitdem stand die Anlage. „Vor allem die Steuerungstechnik machte Probleme“, so Petter.

Passende Steuerung für das Wasserkraftwerk

„Die bis dato eingesetzte Steuerung ließ sich nicht einschalten, das Bedienerpanel funktionierte nicht, und wir hatten kein internes Programm“, erklärt Petter. Also schaute sich der Automatisierungsfachmann des GeP-Teams nach einer neuen, passenden Lösung auf dem Markt um. Die Compactlogix-Steuerung von Rockwell Automation befand er für die richtige Steuerung. „Sie bietet die gleiche Funktionalität wie große Steuerungen“, so der Geschäftsführer der GeP. Mit der Baureihe können Sicherheits-, Bewegungs- und Antriebselemente sowie diskrete Funktionen mit nur einer Steuerung abgedeckt werden. Sie integriert Programmier-Software, Steuerung und I/O-Module, was die Entwicklungszeit sowie Kosten für Inbetriebnahme und Betrieb reduziert. Nachdem die Steuerung auch im Preis-/Leistungsvergleich punkten konnte, stand die Entscheidung fest: Die alte Steuerung wurde durch eine Compactlogix L1 ersetzt.

„Dabei war es auch von Vorteil, dass die Steuerung bereits mit 16 Ein- und Ausgängen ausgestattet ist – mit genauso vielen wie die vorherige“, so Petter. „Zudem war die Steuerung von Rockwell Automation von den Abmessungen her etwas kleiner, so dass wir im bestehenden Schaltschrank nichts ändern mussten.“ Die Compactlogix konnte einfach auf die vorhandene Hutschiene gesetzt und die entsprechenden Ein-/Ausgänge angeklemmt werden. Zusätzlich setzte das GeP-Team noch eine dezentrale Point I/O von Rockwell Automation ein, um weitere Ein- und Ausgänge zu verdrahten.

Sicherheit ist oberstes Gebot

Die Compactlogix steuert heute beide Turbinen im ­Wasserkraftwerk. Sie hält den Füllstand des Zuflussbeckens konstant und speist über Klappen die Turbinen mit der entsprechenden Menge Wasser. Auch die Auswahl und das Zusammenspiel der Turbinen gehört zu den Funktionen, die über die Compactlogix gesteuert werden. Das Besondere dabei ist, dass eine der Turbinen mit einer installierten elektrischen Leistung von 11 kW betrieben wird, die andere mit 30 kW. Zudem stellt die Steuerung sicher, dass die Kopplung mit dem Netz bei der richtigen Frequenz durchgeführt wird. Ihre wichtigsten Aufgaben sind aber die Sicherheitsfunktionen: „Bei einem Fehlerfall muss die Steuerung die Anlage sauber herunterfahren und in einen sicheren Zustand bringen. Dazu zählt, die Wasserzufuhr zu stoppen und die Wehre zu öffnen. Andernfalls kann es zur Zerstörung der Anlage oder Wasserschäden im Museum kommen“, erklärt Petter. Um das auch bei einem Netzausfall zu gewährleisten, wird die Steuerung über eigens installierte 24V-Batterien mit Strom versorgt. Ein Stromausfall kann auch bei fehlerlos funktionierender Anlage gefährlich werden, zum Beispiel bei Wartungsarbeiten am Netz, wie Petter betont: „Falls zum Beispiel ein Monteur an der Leitung zum Versorgernetz arbeitet, stellt die Steuerung sicher, dass von der Turbinenanlage aus kein Strom eingespeist wird. Sicherheits­technik ist hier oberstes Gebot!“

Bedient wird die gesamte Anlage über ein Panelview Plus 6 Grafikterminal. Hierüber lassen sich alle Statusinformationen der Wasserkraftanlage grafisch anzeigen. „Wir haben in der Anlage sehr viele Signale“, so Petter. „Die Visualisierung ist daher das A und O der Anlagensteuerung.“ Zumal die Anlage, wenn gewünscht, auch manuell gefahren werden kann. „Dabei muss man ganz genau über den aktuellen Status informiert sein. Gerade die Visualisierung mit einem grafischen Display bringt da Vorteile. Denn im Übersichtsbild erkennt man mögliche Probleme sofort und kann schnell reagieren.“ Für mehr Details können aus Unterbildern zusätzliche Informationen abgerufen werden.

Hilfestellung zur Programmierung

Auch wenn die Steuerung von Rockwell Automation Neuland für Petter war, so kam er doch schnell mit der Programmierung der Anlage klar: „Die Dokumentation ist sehr umfangreich, und ich konnte mich darüber in das System einarbeiten.“ Hilfreich waren dabei auch die Faceplates. Das sind vorgefertigte Darstellungsvorlagen für verschiedene Steuerungsdisziplinen, die regelmäßig von Rockwell Automation aktualisiert werden. Sie vereinfachen die Programmierung und ermöglichen kürzere Entwicklungszeiten. Für den Fall, dass Petter dennoch nicht weiterkam, hatte die GeP einen TechconnectSM-Vertrag abgeschlossen. Er beinhaltet einen telefonischen Echtzeit-Support, bei dem Fachleute von Rockwell Automation Fragen zur Installation und Konfiguration beantworten und bei der Fehlerbehebung oder -diagnose helfen.

„Die Automatisierungswelt von Rockwell Automation bietet wirklich alles, was ich für dieses Projekt benötigte“, so das Fazit von Petter. „Ich brauche zum Beispiel für die Programmierung kein anders Tool, weil die gesamte Produktpalette durchgängig ist.“ Da die Automatisierungslösungen skalierbar sind, lässt sich eine kleine Anlage problemlos erweitern. Daher plant die GeP auch, das Automatisierungssystem um einen Powerflex-Frequenzumrichter zu erweitern. Mit ihm soll der Arbeitspunkt der Turbinen optimal eingestellt werden, so dass die Drehzahl an das zur Verfügung stehende Wasser angepasst werden kann und die Turbine mehr Energie erzeugt.

Seit Anfang September 2013 wird mit der Wasserkraftanlage in der „Neuen Hütte“ Energie erzeugt und ins Netz eingespeist. Der Ertrag kommt dem Unterhalt der Anlage sowie weiteren Investitionen zu Gute. Die Stadt profitiert von diesem lebendigen Museum, das viele Besucher anzieht und sie mit neuem Leben erfüllt. Besonders begeistert waren Besucher, die vor vielen Jahren am Aufbau des Museums beteiligt waren oder bei Umbauarbeiten mithalfen. In vielen Gesprächen war die Freude darüber zu spüren, die Wiederinbetriebnahme der Anlage noch erleben zu können. „Dies ist auch für uns Motivation und Ansporn solche Projekte zu realisieren“, freut sich Petter.