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Moderne Kommunikation für mehr Sicherheit

RMR erneuert Fernwirksystem an seiner Pipeline von Venlo nach Ludwigshafen
Moderne Kommunikation für mehr Sicherheit

Die Rhein-Main-Rohrleitungstransportgesellschaft m.b.H (RMR) betreibt eine Pipeline zum Transport von Naphtha, Benzin, Diesel, Heizöl und Flugkraftstoff von der niederländisch-deutschen Grenze bei Venlo bis nach Frankfurt bzw. Ludwigshafen. Entlang der 525 km langen Pipeline befinden sich neun Pumpstationen zur Druckerhöhung, sechs Abzweig-, 13 Ein- bzw. Ausspeisestationen für Raffinerien, chemische Werke und Tankläger sowie 37 Streckenschieber. Aufgrund der weiten räumlichen Ausdehnung sind besondere Bedingungen an das Fernwirksystem für Sicherung und Betrieb der Rohrleitung gestellt.

Dipl.-Ing. Kai Kron

Bisher wurde die Kommunikation zwischen Leitware und den einzelnen Stationen über ein mehradriges Kabel realisiert. Neben der Betriebsdatenübermittlung und Vernetzung der Stationssteuerungssysteme mittels Modem-Verbindung waren weitere Adern für die Telekommunikation reserviert. Die verbliebenen Adern konnten zur Datenübertragung mittels frequenzmultiplexer Fernwirktechnik genutzt werden. Hierüber konnten sowohl analoge als auch binäre Werte übertragen werden. Es existierten jeweils Sende- und Empfangsbausteine, die auf einer Datenleitung für eine bestimmte Frequenz aufeinander abgestimmt waren. Für die binäre Datenübertragung wurde die detektierte Frequenz als High-Signal definiert; keine Frequenz beim Empfänger bedeutete Low-Signal. Durch diese Betriebsweise konnte eine quasi-sicherheitsgerichtete Datenübertragung realisiert werden, die zudem noch sehr kurze Reaktionszeiten zuließ. Für analoge Daten wurde auf die Frequenz ein Signal aufmoduliert, die dann dem eingespeisten Stromwert von 4…20 mA entsprach. Durch die Begrenzung der Übertragungsbandbreite auf das Sprachband, war die Datenmenge jedoch stark eingeschränkt.
Die dazu verwendeten Fernwirksysteme sind technisch veraltet und werden von den bisherigen Lieferanten nicht mehr hergestellt oder unterstützt. Zu diesen technischen Problemen kommen noch erhöhte Aufwendungen im Bereich Instandhaltung der Kommunikationskabel, die durch Alterungsprozesse einen stetig steigenden finanziellen Aufwand bedeuten. Im Zuge der Erneuerung werden an jedem Standort sicherheitsgerichtete Fernwirksysteme ins-talliert, mit deren Hilfe eine schnelle und sichere Kommunikation der Daten im System erreicht werden kann.
Schnelle Kommunikation via Glasfaserkabel
Die heute für die Fernwirksysteme eingesetzten sicherheitsgerichteten Automatisierungsgeräte (PES) des Systems Himatrix wie auch die sicherheitsgerichtete Kommunikation der PES untereinander sind TÜV- und BG-zertifiziert sowie zugelassen für sicherheitsgerichtete Applikationen bis SIL 3/Kat. 4 gemäß IEC 61508, DIN VDE 19250 EN 954-1. Die sicherheitsgerichtete Kommunikation zwischen zwei PES (Peer-to-Peer) erfolgt über eine 100BaseT-Schnittstelle mit dem Safeethernet-Protokoll. Durch einstellbare Netzwerkprofile kann Safeethernet über jedes Ethernet- und Fast-Ethernet-Netzwerk nach IEEE 802.3 sicherheitsgerichtet Daten zwischen den einzelnen Hima PES austauschen. Auf einem Standard-Ethernet-Netzwerk können sichere und nicht sichere Daten parallel übertragen werden. Somit ist ein dualer Betrieb von sicherheitsgerichteten und nicht sicherheitsgerichteten Systemen am gleichen Netzwerk ohne Einschränkung der Sicherheit möglich.
Basis dieser parallelen Datenübertragung von verschiedenen Subsystemen ist Ethernet/TCP/IP bzw. die Möglichkeit, mittels sicherheitsgerichteter Automatisierungsgeräte und darauf integriertem Safeethernet sicher Daten zu übertragen.
Die sicherheitsgerichtete Kommunikation wird über eine pro Teilnehmer parametrierbare Zeit ReceiveTMO überwacht. Erfolgt innerhalb dieser Überwachungszeit keine korrekte Antwort des anderen PES, werden die importierten Signale im PES auf ihren Initialwert (Default-Wert „0“) zurückgesetzt.
Im aktuellen Anwendungsfall steht als Übertragungsweg ein Glasfaserkabel zur Verfügung. Die Glasfasern werden mittels geeigneter optischer Übertragungssysteme (OÜS) im Ring verschaltet und verbinden alle Armaturenstationen und Pumpstationen der Pipeline untereinander bzw. mit der Zentrale. Von den Stationen werden Drücke, Rückmeldungen und allg. Zustandsdaten zu benachbarten Stationen und zur Zentrale gesendet. Diese werden u. a. zur Leckerkennung oder zum Auslösen der Druckstoßabsicherung benötigt.
Optisches Übertragungssystem
Aus der Zentrale müssen Befehle zum Betrieb der Pipeline sowie Sicherheitssignale etc. zu den Stationen gesendet werden. Da die Installation von Backup-Systemen für die verschiedenen Übertragungssysteme (Sicherheitsdaten, Betriebsdaten, Telefon, lokale SPS-Daten) zu aufwändig wäre, hat man sich dafür entschieden, alle für den Betrieb der Pipeline relevanten Daten über einen Kommunikationsweg zu übertragen. Beim Ausfall der LWL-Verbindung reagieren die Router nach Ablauf des so genannten „Dead Timers“ mit einer Neuberechnung der verfügbaren Routen bzw. mit der Änderung der hinterlegten Routing-Tabellen. Hierzu werden zwischen dem Router der Zentrale und allen Routern der Stationen S0-ISDN-Verbindungen realisiert. In dieser Betriebsart werden nur noch die wesentlichen Funktionen wie Betriebsdatenübertragung und sichere Datenübertragung unterstützt, um die geforderte Reaktionszeit bei reduzierter verfügbarer Bandbreite garantieren zu können.
Das optische Übertragungssystem kann Daten verschiedener Systeme gleichzeitig über eine Glasfaserverbindung übertragen. Die Komponenten, die über Ethernet/TCP/IP kommunizieren können, werden mit einem Router verbunden, der seinerseits die Verbindung zum OÜS herstellt und die Verbindung der verschiedenen Armaturen-/Pumpstationen untereinander bzw. mit der Zentrale organisiert. Durch den Einsatz der Himatrix-Systeme als sicherheitsgerichtete Fernwirksysteme ist man in der Lage, alle relevanten Daten über die vorhandene Ethernetverbindung sicher zu übertragen.
Grundsätzlich werden in allen Stationen und Streckenschiebern die Kompaktsysteme Himatrix F35 eingesetzt. Sie haben eine feste Anzahl sicherheitsgerichteter Ein- und Ausgänge und können durch dezentrale E/A-Module erweitert werden, die kein separates Anwenderprogramm enthalten. Basis dieser Erweiterbarkeit der Himatrix-Systeme ist ebenfalls das Safeethernet-Protokoll. Die Fernwirksysteme der Stationen sind jeweils über einen Router mit dem OÜS verbunden. Weiterhin sind hier über den Ethernet-Switch der Himatrix-PES Prozessdatenrechner an das OÜS angekoppelt. Die Fernwirksysteme der Armaturenstation sind direkt an das Kommunikationssystem angeschlossen und kommunizieren mit den dahinter liegenden Routern.
Redundant ausgeführt
Da das Fernwirksystem der Zentrale den Knotenpunkt der sicherheitsgerichteten Kommunikation darstellt, ist dieses vollständig redundant aufgebaut. Die beiden Teilanlagen sind jeweils über Router an das OÜS angeschlossen. Beide Teilanlagen kommunizieren dabei mit allen Stationen beider Teilnetze. Daher müssen über die Router beide Netzteile erreichbar sein, damit bei Ausfall einer Teilanlage die andere deren Funktion ohne Auswirkung auf das Fernwirksystem übernehmen kann.
Die sicherheitsgerichtete Kommunikation der Fernwirksysteme erfolgt hierarchisch über zwei Ebenen. Auf der ersten Ebene kommuniziert die Zentrale mit allen Stationen. Die Verbindung zu den entlang der Pipelinetrasse liegenden Armaturenstationen erfolgt auf einer zweiten Ebene. Diese Armaturenstationen geben ihre Daten jeweils in beide Richtungen zu den nächstgelegenen Stationen weiter.
Die Gegebenheiten erfordern u. a. aufgrund der notwendigen Druckstoßabsicherung bzw. Leckerkennung und -ortung, dass alle relevanten Daten innerhalb einer Sekunde im Gesamtsystem übertragen werden. Durch den Einsatz modernster Kommunikationstechnik in Verbindung mit der Performance von Safeethernet zur sicherheitsgerichteten Datenübertragung kann sowohl die Sicherheit der Rohrleitung (Investitionssicherheit) als auch die Sicherheit der Umwelt optimal unterstützt werden.
Hannover Messe: Halle 9, Stand A68
Achema: Halle 10.2, Stand F22
cav 467

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