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Mit POWERLINK zur Hochverfügbarkeit

ZAT_customer production cite

In Bereichen wie der chemischen und petrochemischen Industrie oder der Stromerzeugung ist Hochverfügbarkeit eine wesentliche Anforderung für Steuerungssysteme und deren Hardware. Ein bewährtes Mittel, um diese sicherzustellen, ist die Netzwerkredundanz. Mit einem Open-Source-Protokoll wie POWERLINK lässt sich Hochverfügbarkeit mit minimalen Zusatzkosten realisieren. Deshalb verwendet der tschechische Steuerungs-Systemhersteller ZAT einen als Ring konfigurierten POWERLINK-Bus als Basis für seine redundanten Steuerungssysteme mit höchster Zuverlässigkeit.

Mehr als 50 Jahre Automatisierungserfahrung sowohl in Tschechien als auch weltweit machen ZAT zu einem bekannten Anbieter von Steuerungssystemen für Branchen, in denen die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Anlagen entscheidend sind. Von Entwicklung, Aufbau und Implementierung bis Inbetriebnahme und Wartung bietet das Unternehmen eine vollständige Palette an Leistungen für die komplexe Automatisierung kontinuierlicher Prozesse wie der konventionellen und nuklearen Stromerzeugung.

Die von ZAT hergestellten Produkte basieren auf einer Kombination proprietärer Systeme des Unternehmens mit Technologien anderer Anbieter. Ein Beispiel dafür ist das DCS-System ZAT Plant Suite, das auf SandRA – einer leistungsfähigen Serie von Steuerungsstationen der nächsten Generation – basiert, die von ZAT entwickelt und produziert werden. Bei der Entwicklung des neuen Steuerungssystems im Jahr 2009 entschied sich ZAT, statt seiner eigenen proprietären I/O-Module verteilte I/O-Stationen der Serie X20 von B&R zu integrieren und so von der Offenheit dieser Lösung zu profitieren.

Voller Erfolg mit dem X20 I/O-System von B&R

Das I/O-System X20 von B&R wurde ursprünglich über PROFIBUS DP verbunden und zur Gänze in die ZAT Plant Suite integriert. Unterstützt von der ZAT-Entwicklungsumgebung Pertinax, hat es die zuvor verwendeten I/O-Module von ZAT vollständig abgelöst. Erstmals zur Anwendung gelangte diese neue Anordnung 2009 bei der Überholung des Steuerungssystems für einen der Kessel im Heizwerk Náchod.

Der Erfolg mit dem X20-System von B&R veranlasste ZAT dazu, die SandRA-Steuerungsstationen mit POWERLINK-Fähigkeit auszustatten. So kam es zur Entscheidung, für die Steuerungsstation SandRA Z200 eine spezielle Kommunikationskarte mit POWERLINK Managing-Node-(MN)-Funktionalität zu entwickeln. Sehr rasch entstand in enger Zusammenarbeit mit IXXAT Automation, einem auf industrielle Protokolle spezialisierten Unternehmen, das Board BB0012E1. Es weist zwei Ethernet 10/100 Base-T-Ports auf sowie die in einem FPGA imple-mentierte POWERLINK MN-Software.

Die erste Kommunikation zwischen SandRA Z200 und den dezentralen X20 I/O-Modulen über POWERLINK erfolgte im Kraftwerk Opatovice. Das System verhindert, dass im Luftkühlsystem mögliche Ablagerungen entstehen, die sich problematisch auf die Treibstoffzuleitung auswirken, die zu den Tanks führt.

„Unsere neue Lösung gewährleistet die hohe Verfügbarkeit der Steuerungstechnologie, was sich unmittelbar positiv auf die Betriebssicherheit der gesamten Anlage auswirkt. Die unter Verwendung von B&R-Komponenten für diese Anwendung entwickelten, kosteneffizienten redundanten Steuerungssysteme wurden zu einem integralen Teil der aktuellen Produktlinie von ZAT.“ Pavel Kulík, Leiter der Abteilung Technologieprozesse bei ZAT

ZAT_POWERLINK topology #2
Die alternative Ringredundanz-Lösung nutzt eine einzelne Steuerungsstation SandRA Z200 mit je einem Paar redundanter Prozessor- und Kommunikationsboards als redundante Managing Nodes auf dem POWERLINK-Bus.
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Die Lösung mit einem redundanten Paar Steuerungsstationen und ringredundantem POWERLINK-Bus gewährleistet nicht nur bei Ausfall eines der Elemente die Funktionsfähgikeit des gesamten Steuerungsnetzwerks, sondern ermöglicht zusätzlich Hot-Swapping.
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Die Lösung mit einem redundanten Paar Steuerungsstationen und Ring-redundantem POWERLINK-Bus gewährleistet nicht nur bei Ausfall eines der Elemente die Funktionsfähigkeit des gesamten Steuerungsnetzwerks, sondern ermöglicht zusätzlich Hot-Swapping.

Redundanter POWERLINK-Ring

In der Energieversorgungsbranche bedeutet Hochverfügbarkeit, dass Steuerungssysteme alle möglichen Ausfallpunkte eliminieren müssen. ZAT entschloss sich daher, gemeinsam mit IXXAT redundante Netzwerksoftware für Ring-Topologien mit einem redundanten POWERLINK MN in die Steuerungsstationen SandRA Z200 zu integrieren.

„Die Anordnung umfasst zwei redundante Steuerungsstationen mit je einem Steuerungs- und Kommunikationsboard, einer Stromversorgung und dem POWERLINK-Bus in einer Ring-Topologie“, erklärt Pavel Kulík, Leiter der Abteilung Technologieprozesse bei ZAT. „Sie gewährleistet nicht nur bei Ausfall eines der Elemente die Funktionsfähigkeit des gesamten Steuerungsnetzwerks, sondern ermöglicht zusätzlich Hot-Swapping, also den Komponentenaustausch im laufenden Betrieb – umgesetzt mit minimalen Mehrkosten.“

Die Lösung, bei der ein redundantes Paar Steuerungsstationen ZAT SandRA Z200 und 19 dezentrale X20 I/O-Stationen von B&R über den redundanten POWERLINK-Ring 1.670 I/O-Signale austauschen, wurde Ende 2012 eingeführt. Sie steuert das System für die Entsorgung der trockenen Flugasche im Kraftwerk Opatovice. Würde dieses System ausfallen, müsste die gesamte Anlage stillgelegt werden.

Das Steuerungssystem für die Luftkühlung wurde im Mai 2013 ebenfalls auf die Ring-Topologie umgerüstet. In diesem Fall enthält eine einzelne Steuerungsstation SandRA Z200 intern die Redundanzen der Steuerungs- und Kommunikationsboards. Vier X20-Stationen runden das System ab.

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Redundante Steuerungsstation SandRA Z200 mit zwei Prozessorboards, zwei Kommunikati-onsboards BB0012E1 und zwei Stromversorgungseinheiten.

Enge Technologiepartnerschaft gewährleistet Hochverfügbarkeit

„In Kombination mit der entgegenkommenden Haltung des Technologiebetreibers ebnete die enge Partnerschaft zwischen ZAT, IXXAT und B&R den Weg zu einer außergewöhnlichen Modernisierung der im Kraftwerk Opatovice verwendeten Steuerungssysteme“, berichtet Kulík. „Diese neue Lösung gewährleistet die hohe Verfügbarkeit der Steuerungstechnologie, was sich unmittelbar positiv auf die Betriebssicherheit der gesamten Anlage auswirkt. Die unter Verwendung von B&R-Komponenten für diese Anwendung entwickelten, kosteneffizienten redundanten Steuerungssysteme wurden zu einem integralen Teil der aktuellen Produktlinie von ZAT.“

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