Safety-Kommunikation bei Windenergieanlagen
Sicherheit für die rotierenden Giganten
Windenergieanlagen als saubere Stromlieferanten prägen mehr und mehr das Landschaftsbild. Sie zählen zu den sauberen Energielieferanten. Wie andere Maschinen auch müssen sie höchste Anforderungen an die Sicherheit erfüllen. Zukunftsgerichtete Safety-Lösungen ermöglichen Herstellern von Windrädern eine unkomplizierte Umsetzung der sicheren Kommunikation.
Bild: B&R Industrie-Elektronik GmbHWindenergieanlagen müssen betriebssicher ausgelegt sein und auch Ausnahmesituationen wie extremen Stürmen standhalten. Dafür sorgen Regelwerke, die alle Aspekte der sauberen Energielieferanten betrachten. Sie gelten zudem als Richtlinie für die Hersteller. Eine Zertifizierung nach der Norm für Windenergieanlagen IEC61400 oder der Richtlinie für die Zertifizierung von Windenergieanlagen vom Germanischen Lloyd (GL) gilt als Qualitätssiegel für die rotierenden Giganten. Die GL-Richtlinie verfolgt vordergründig ein Ziel: Sie will alle erdenklichen Lastfälle definieren, die während der Lebensdauer einer Windenergieanlage auftreten können. Im schlimmsten Fall kann solch ein Lastfall zur Gefährdung von Mensch und Maschine führen und so muss ein Sicherheitssystem dafür Sorge tragen, dass derartige Fälle nicht auftreten können. Aus diesem Grund wurde in der Letztfassung der GL-Richtlinie im Jahr 2010 ein wesentlicher Aspekt eingearbeitet: die Forderung nach einem modernen Sicherheitssystem gemäß der Maschinensicherheitsnorm ISO EN13849. Im Detail wird eine sicherheitstechnische Betrachtung aller kritischen Anlagenteile gefordert. Die Richtlinie ersetzt den Vorgänger von 2003 und hat eine Übergangsfrist bis 2015. Der integrierte Sicherheitsansatz von B&R erlaubt eine schlanke und effiziente Umsetzung all dieser Anforderungen und gewährleistet ein sehr hohes Maß an Sicherheit. Das System erfüllt Performance Level e nach ISO EN13849 und SIL3 nach IEC61508. Gleichzeitig hält die B&R-Sicherheitstechnik auch harten Einsatzumgebungen stand, wie die Zertifizierung für den maritimen Einsatz durch den Germanischen Lloyd bestätigt.
Bild: B&R Industrie-Elektronik GmbHSchnelles Sicherheitssystem
Das B&R-Sicherheitssystem besitzt ausgesprochen viele Möglichkeiten. Gleichzeitig zählt es zu den schnellsten Lösungen am Markt. Es erreicht Reaktionszeiten von 7ms - vom Eingang eines Sicherheitsmoduls inklusive Anwendungszyklus und Ausgabe an einem Sicherheitsmodul. Durch das besonders schnelle Eingreifen lassen sich Anlagen mit schonenderen Parametern herunterfahren. Außerdem kann durch intelligente Reaktion auf einen sicherheitskritischen Zustand - zum Beispiel durch Einbeziehung des aktuellen Betriebszustandes der Anlage - zusätzlich eine signifikante Reduktion der Lasten erreicht werden. Das Sicherheitssystem von B&R lässt sich nahtlos in die funktionale Hauptsteuerung einbinden. Sichere Komponenten stellen sich für die funktionale Steuerung wie jedes andere I/O-Modul dar. Umgekehrt kann auch die sichere Steuerung auf alle Daten der Hauptsteuerung zugreifen. Somit können Schrittketten, Abläufe und komplexe Regelungsalgorithmen oder sogar koordinierte Positionierabläufe uneingeschränkt mit den herkömmlichen Werkzeugen auf der funktionalen Steuerung realisiert werden und dabei auch die sicheren Ausgänge sowie die sicheren Antriebe von der funktionalen Steuerung direkt gesteuert werden. Die sichere Steuerung dient lediglich der Überwachung und greift nur in einem sicherheitskritischen Fall ein.
Bild: B&R Industrie-Elektronik GmbHQuerverdrahtung entfällt
Gleichzeitig bedeutet die nahtlose Integration beider Systeme, dass die Verdrahtung deutlich reduziert wird. Dazu wird ein Sicherheitsmodul einfach nahe dem sicheren Sensor, zum Beispiel einem Not-Halt-Taster platziert. Da das nicht-sichere System Zugriff auf das sichere Modul hat, entfällt jegliche Querverdrahtung zum funktionalen System. Die sicheren Daten selbst werden über den Systembus transferiert und können damit beliebig auch über unterschiedliche Medien (etwa Kupfer oder LWL) dezentralisiert werden. Eine zusätzliche Sicherheitsverkabelung zwischen Gondel und Turmfuß ist nicht erforderlich. Die Entwicklungsumgebung für die sichere Anwendung ist nahtlos in das Entwicklungswerkzeug Automation Studio von B&R integriert. Eine grafische Programmierung und zertifizierte Funktionsbausteine ermöglichen dem Anwender eine einfache Umsetzung der Sicherheitsanwendungen. Um auch komplexe Anwendungen zu ermöglichen oder vorhandene Lösungen zu portieren, können benutzerspezifische sichere Funktionsbausteine vom Anwender in gängigen Hochsprachen etwa ANSI C oder C++ entwickelt werden.
Update aus der Fernwarte
Damit das Sicherheitssystem auch an entlegenen Orten erreichbar ist, hat B&R eine zertifizierte Schnittstelle für den Fernzugriff implementiert. Mit dieser Schnittstelle kann zum Beispiel ein Update der Sicherheitsanwendung durchgeführt werden. Außerdem kann ein Anlagenfehler von der Leitwarte aus quittiert werden, wenn durch entsprechende Überwachungsmaßnahmen - etwa mittels Kamera oder geeigneter Sensorik - ein sicherer Zustand der Anlage gewährleistet werden kann. Der Germanische Lloyd erlaubt diese Möglichkeit dediziert in seiner Richtlinie. Durch die Fernquittierung können teure und zeitaufwändige Serviceeinsätze reduziert werden. Außerdem kann die Anlagenverfügbarkeit deutlich erhöht werden. Als Kommunikationsprotokoll setzt B&R auf den Open-Source-Sicherheitsstandard openSafety. Sensor- und Komponentenhersteller profitieren dabei davon, dass sie lediglich die eigentliche Funktion der sicheren Komponente zertifizieren müssen. Außerdem ist open-Safety im Gegensatz zu allen anderen Sicherheitsprotokollen an keinen Feldbus gebunden. Die Datenpakete sind in sich sicher und können somit über jeden beliebigen Datenkanal transportiert werden. Der Endkunde kann also seinen bevorzugten Feldbus verwenden und trotzdem Produkte von verschiedenen Herstellern beziehen.
Übergreifende Sicherheit
Durch die völlige Transparenz des Sicherheitssystems und die Verwendung des offenen Standards openSafety können B&R-Sicherheitssteuerungen beliebig miteinander kommunizieren. Dies erlaubt auf der einen Seite den Aufbau von redundanten Systemen, auf der anderen Seite erlaubt es Sicherheitssubsysteme. Ist eine einzelne Anlage ein Sicherheitssubsystem, würde sich das gesamte Sicherheitssystem über den gesamten Windpark erstrecken. Als Beispiel müssten etwa Windgeschwindigkeits-, Windrichtungssensoren oder Eissensoren nicht mehr auf jeder einzelnen Anlage in einem Windpark vorhanden sein. Dennoch könnten sie sicherheitsgerichtet ausgewertet werden. Die Sicherheitsabschaltung einer einzelnen Anlage wegen zu starken Windes kann andere Windturbinen sicher warnen und diese bereits auf eine Abschaltung vorbereiten, um Lasten zu reduzieren. Die Zukunft wird zeigen, in welche Richtung sich Sicherheitssysteme für Windenergieanlagen weiterentwickeln. Das B&R-Sicherheitssystem ist heute schon darauf ausgelegt auch zukünftige Entwicklungen zu unterstützen.
Windenergieanlagen als saubere Stromlieferanten prägen mehr und mehr das Landschaftsbild. Sie zählen zu den sauberen Energielieferanten. Wie andere Maschinen auch müssen sie höchste Anforderungen an die Sicherheit erfüllen. Zukunftsgerichtete Safety-Lösungen ermöglichen Herstellern von Windrädern eine unkomplizierte Umsetzung der sicheren Kommunikation.
Bild: B&R Industrie-Elektronik GmbHWindenergieanlagen müssen betriebssicher ausgelegt sein und auch Ausnahmesituationen wie extremen Stürmen standhalten. Dafür sorgen Regelwerke, die alle Aspekte der sauberen Energielieferanten betrachten. Sie gelten zudem als Richtlinie für die Hersteller. Eine Zertifizierung nach der Norm für Windenergieanlagen IEC61400 oder der Richtlinie für die Zertifizierung von Windenergieanlagen vom Germanischen Lloyd (GL) gilt als Qualitätssiegel für die rotierenden Giganten. Die GL-Richtlinie verfolgt vordergründig ein Ziel: Sie will alle erdenklichen Lastfälle definieren, die während der Lebensdauer einer Windenergieanlage auftreten können. Im schlimmsten Fall kann solch ein Lastfall zur Gefährdung von Mensch und Maschine führen und so muss ein Sicherheitssystem dafür Sorge tragen, dass derartige Fälle nicht auftreten können. Aus diesem Grund wurde in der Letztfassung der GL-Richtlinie im Jahr 2010 ein wesentlicher Aspekt eingearbeitet: die Forderung nach einem modernen Sicherheitssystem gemäß der Maschinensicherheitsnorm ISO EN13849. Im Detail wird eine sicherheitstechnische Betrachtung aller kritischen Anlagenteile gefordert. Die Richtlinie ersetzt den Vorgänger von 2003 und hat eine Übergangsfrist bis 2015. Der integrierte Sicherheitsansatz von B&R erlaubt eine schlanke und effiziente Umsetzung all dieser Anforderungen und gewährleistet ein sehr hohes Maß an Sicherheit. Das System erfüllt Performance Level e nach ISO EN13849 und SIL3 nach IEC61508. Gleichzeitig hält die B&R-Sicherheitstechnik auch harten Einsatzumgebungen stand, wie die Zertifizierung für den maritimen Einsatz durch den Germanischen Lloyd bestätigt.
B&R Industrie-Elektronik GmbH
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN Wind 2014 - 03.09.14.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
