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Rund dreihundert hydrologische Messstationen werden in der Schweiz derzeit vom Eidgenössischen Institut für Metrologie (METAS) auf den neuesten Stand der Technik gebracht. Eine der Stationen erfasst den Ausfluss des Großen Aletschgletschers. Um trotz der schwierigen Umweltbedingungen zuverlässige Messdaten zu bekommen, setzt METAS dabei auf ein Steuerungssystem von B&R.

Die Entsandungsbecken des Kraftwerks werden mit verschiedenen Sensoren überwacht. Bild: © Metas

Um die Wassersituation zu überwachen, betreibt das Bundesamt für Umwelt (BAFU) in der Schweiz 314 hydrologische Messstationen. Die Messstationen führen Quantitäts- und Qualitätsmessungen zum Beispiel in Seen, Fließgewässern und im Grundwasser durch. Das Eidgenössische Institut für Metrologie, kurz METAS, ist verantwortlich für die Messtechnik und den technischen Betrieb des Netzwerkes, in dem die Stationen eingebunden sind. Nachdem die Sensorik und die Datenlogger der Messstationen rund 30 Jahre in Betrieb waren, begann METAS damit, die Messtechnik nach und nach zu erneuern.

„Für uns war klar, dass wir bei den Stationen Standard-Automatisierungs-Lösungen einsetzen werden“, erklärt Daniel Lussi, der als Bereichsleiter Messnetze das Projekt für die Erneuerung der Messstationen bei METAS leitet. „So können wir auf die unterschiedlichen örtlichen Gegebenheiten der einzelnen Messstationen reagieren und neue Technologien in Zukunft leicht integrieren.“ Das Konzept eignet sich nicht nur für hydrologische Messstationen, sondern lässt sich ohne großen Aufwand auf andere Umweltmessstationen übertragen.

Die Messstation Massa Blatten ist nur über die Kraftwerkseilbahn erreichbar. Jede Intervention ist aufwendig, daher ist die Zuverlässigkeit der Anlage hier besonders wichtig. Bild: © Metas

Die Messstation Massa Blatten beim Großen Aletschgletscher

Die modernisierte Messstation am Großen Aletschgletscher liegt bei Massa Blatten und wurde Ende September 2017 in Betrieb genommen. Mit seinen rund 23 km Länge ist der Große Aletschgletscher der längste Gletscher der Alpen.

„Ein Gletscher ist zwar kein Gewässer und wird von uns daher auch nicht gemessen“, sagt Lussi, „für die Überwachung des sogenannten Geltscherausflusses sind jedoch das Bundesamt für Umwelt (BAFU) und METAS zuständig. Bei Massa Blatten messen wir die Menge des Schmelzwassers und seine Temperatur. An weiteren Messstellen werden weitere Parameter, zum Beispiel die Trübung, erfasst.“ Diese Parameter nutzt das BAFU unter anderem dazu, um mehr über die Folgen der Klimaerwärmung zu erfahren.

Die Messstation Massa Blatten ist nur über eine Kraftwerkseilbahn der EnAlpin AG erreichbar. „Bei einer solchen Lage sind kurzfristige Wartungseinsätze schwierig. Deshalb müssen alle eingesetzten Komponenten besonders zuverlässig sein“, erklärt Lussi eine der Grundanforderungen an das Steuerungssystem. Zudem war bei der Auswahl eines Anbieters für uns wichtig, dass das System OPC UA beherrscht und so mit unserem SCADA-System und anderen Applikationen wie unserer historischen Datenbank sowie Informations-, Alarm- und Meldesystem kommunizieren kann.

Installation in der Station: Im blauen Schaltschrank befindet sich das Messsystem, das Panel ist in der Türe untergebracht; rechts davon finden sich die Module für die Datenkommunikation mit POWERLINK. Bild: © Metas

B&R überzeugt durch OPC UA und Automation Studio

Bei den Ausschreibungen für die Steuerungen in den Messstationen setzte sich B&R mit seiner modularen und integrierten Steuerungslösung gegenüber mehreren Mitbewerbern durch. Zum Zeitpunkt der Ausschreibung im Jahr 2015 hatte B&R OPC UA bereits implementiert – im Gegensatz zu den meisten Mitbewerbern. Außerdem überzeugte B&R durch eine Vielzahl von I/O-Modulen und Software-Bibliotheken in der Entwicklungsumgebung Automation Studio.

„Automation Studio von B&R stellt sehr viele Funktionen und Bibliotheken zur Verfügung. So lässt sich das HART-Protokoll sehr einfach in eine B&R-Lösung integrieren. Wir haben viele HART-Bus-Geräte im Feld, die nicht nur ausgelesen werden, sondern auch konfiguriert werden müssen. Durch die Integration der DTM (= Device type manager) von den HART-Bus-Geräten in Automation Studio ersparen wir uns viel Implementierungsaufwand“, sagt Lussi. „Außerdem konnte uns B&R die für uns sehr wichtige Rückverfolgbarkeit und Nachvollziehbarkeit der eingesetzten Komponenten bieten.“

Aufgrund der oft rauen Standortbedingungen mussten darüber hinaus alle Geräte robust und zuverlässig sein und sich für sehr hohe und niedrige Temperaturen eignen. Auch das erfüllt die B&R-Technologie. Schließlich bekam B&R den Zuschlag für die Steuerungslösung inklusive einer X20-Steuerung, Buscontrollern, I/Os und T30-Bedienpanels für die Eingabe von Parametern im Feld.

Kommunikation mit POWERLINK

Kommuniziert wird im Netz des METAS auf Basis der klassischen Automatisierungspyramide: Die Messwerte werden von den Sensoren erfasst und an die Steuerung kommuniziert. Die Steuerung wiederum kommuniziert via Ethernet und OPC UA mit dem übergeordneten SCADA-System, das METAS für die Kontrolle, Parametrierung und Überwachung aller Messsysteme einsetzt. Zudem stehen die Daten über OPC UA allen Anwendungen im Netz von METAS zur Verfügung.

„Die Messstation in Massa Blatten hat keinen Mobilfunkempfang und es steht keine direkte Telefonleitung zur Verfügung“, erklärt Lussi. Daher wurde die Hauptinstallation in einer 350 Meter entfernten Kraftwerk-Kaverne vorgenommen. Vom Hauptschaltschrank führt ein Glasfaserkabel zu einem Buscontroller in der eigentlichen Messstation. Via POWERLINK werden die Daten von der abgesetzten Station in Echtzeit an die Steuerung geschickt.

In der Messstation Massa Blatten wird das Abfluss des Großen Aletschgletschers überwacht. Bild: © Metas

Flexibel in der Anwendung mit B&R-Technologie

„Wir haben nicht für jede Messstation eine eigene Konfiguration, sondern können die meisten Systeme mit einigen Standardkonfigurationen abdecken. Daher ist der Aufwand, eine weitere Messstation in das Netz von METAS zu integrieren, denkbar gering und dauert nur wenige Minuten“, sagt Lussi. Falls keine der Standard-Konfigurationen passt, wie in Massa Blatten, stellt das Erstellen einer neuen Konfiguration einen geringfügigen Mehraufwand dar.

„Aufgrund des Konzeptes mit der Steuerungstechnik von B&R und Automation Studio benötigen wir dafür nicht mehr als eine Stunde“, sagt Lussi. Unterschiedliche Hardwarekonfigurationen in einem Projekt zu realisieren, ist ein großer Vorteil, den die B&R-Technologie und Automation Studio gegenüber Mitbewerbern bietet. Sämtliche Messstationen verwenden zum Beispiel die gleichen IP-Adressen für die Panels und die Steuerungen. „Das vereinfacht die Installation erheblich“, sagt Lussi. „Durch die eingesetzte B&R-Technologie hat sich nicht nur die Flexibilität erhöht, sondern sich auch die Zuverlässigkeit der Messsysteme stark verbessert.

Daniel Lussi

Bereichsleiter Messnetze, METAS

„Ich bin von der Zusammenarbeit mit B&R begeistert. Bei B&R ist der direkte Kontakt zum technischen Support schnell und unkompliziert gewährleistet. Das war für die erfolgreiche Umsetzung des Projektes sehr wichtig.“

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