Nicht nur die Anzahl der in Deutschland installierten Biogasanlagen wächst kontinuierlich. Gerade in so genannten infrastrukturschwachen Gebieten stellen Biogas-Kraftwerke eine international häufig eingesetzte Alternative zur Energieerzeugung dar.

Aufgrund der zum Teil erheblich gestiegenen Weltmarkt- Preise für nachwachsende Rohstoffe war es in den vergangenen Monaten schwieriger, Biogas-Anlagen wirtschaftlich zu betreiben. Das geht aus einer Studie der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) hervor, die trotz dieser Tatsache für 2009 einen stärkeren Anstieg der installierten Anlagen aufweist. Ein Grund hierfür liegt in der Novellierung des Erneuerbare Energien Gesetzes (EEG) zum 1. Januar 2009, denn das EEG ist ein klares Bekenntnis der Bundesregierung, den Anteil an umweltfreundlicher Energieerzeugung in den kommenden Jahren deutlich zu erhöhen. Experten sehen dabei vor allem Vorteile für die Biogas-Technologie, die jetzt nicht mehr auf die Kraft-Wärme- Kopplung beschränkt ist.

Ethernet als einheitliche Schnittstelle
Vor diesem Hintergrund rechnen die Hersteller von Biogas-Anlagen sowie die Zulieferer von Teileinheiten mit einer wachsenden Nachfrage. Eine Betrachtung der aktuellen Anlagentechnik zeigt, dass die Anforderungen an die Prozessautomation vergleichsweise gering sind. Im Wesentlichen müssen die Einbringung der Rohstoffe sowie der reibungslose Betrieb des Fermenters und des Blockheizkraftwerks (BHKW) sichergestellt werden. Außerdem sind Betriebsparameter einzustellen und Diagnosedaten anzuzeigen. Das Zusammenspiel der einzelnen Funktionen sollte seit Jahren standardisiert sein, was in der Praxis jedoch häufig nicht der Fall ist.

So verwenden die Lieferanten von Teileinheiten wie Rühr- oder Blockheizkraftwerken autarke Steuerungen in ihren Systemen, die zumeist keine gemeinsame Schnittstelle haben, weshalb die Teileinheiten aufwendig in die Gesamtanlage integriert werden müssen. Zukunftsweisende Biogas-Anlagen nutzen hingegen Ethernet als einheitliches Interface. Das bedeutet nicht zwangsläufig, dass Ethernet bis an die Messlanze geführt wird. Die eingesetzten Steuerungen sollten die Schnittstelle vielmehr ohne zusätzliche Hardware zur Verfügung stellen. Auf diese Weise wird die Einbindung der Teileinheiten in die Gesamtanlage vereinfacht und damit Zeit und Kosten bei der Inbetriebnahme eingespart.

Leistungsfähige Steuerungstechnik
Zur Umsetzung der beschriebenen Aufgaben bietet sich das Automatisierungssystem für einfache Anwendungen von Phoenix Contact an, das alle Steuerungen und Bedien-Panels via Ethernet miteinander verknüpft. Die an die SPS angeschlossenen I/O-Baugruppen können dabei wahlweise im Schaltschrank oder direkt im Feld montiert werden. Zwecks Vernetzung der Geräte sind kostengünstige Infrastrukturkomponenten aus der Produktreihe Factory Line erhältlich. Als Basiseinheit des Systems fungieren die in ihrer Leistungsfähigkeit und im Funktionsumfang skalierbaren Kleinsteuerungen Inline Controller ILC 1xx. Sie können mit der IEC61131-basierten Engineering-Software PC Worx Express programmiert werden, die kostenlos von der Phoenix-Contact-Homepage heruntergeladen werden kann.

Sollte die Komplexität der Anlage steigen, lassen sich die ILC 1xx als Hardware und in der Projektierung einfach gegen leistungsfähigere Geräte austauschen. Die Programme und Programmteile werden übernommen. So kann eine Standard-Steuerung beispielsweise durch eine SPS mit integriertem GSM/GPRS-Modem ersetzt werden, die bei kritischen Betriebszuständen selbständig eine SMS oder E-Mail an den Betreiber oder Instandhalter sendet. Das reduziert die Ausfallzeiten der Anlage und ist als Präventivmaßnahme nutzbar, um die Wirtschaftlichkeit aus Sicht des Betreibers zu erhöhen. Bereits die Basisversion der Kleinsteuerungen, ILC 130 ETH, lässt sich für komplexere Regelungsaufgaben oder als Rührwerks- SPS verwenden, wobei ein oder mehrere Rührwerke in der Anlagenvisualisierung überwacht werden.

Durch die Ethernet-Schnittstelle des ILC vereinfacht sich der Datenaustausch mit der Visualisierungssoftware, der zudem sehr performant ist. Dies erweist sich beispielsweise als vorteilhaft, wenn der Betreiber die Rührwerks-Parameter anpassen muss, um bei wechselnden Feststoffen eine gefährliche Schwimmdeckenbildung zu vermeiden. Sollen die Parameter nicht nur lokal, sondern auch aus der Ferne geändert werden, ist eine schnelle Aktualisierung der Überwachungsseiten notwendig, damit das Bedienpersonal nicht sekundenlang auf neue Daten wartet.

Kostengünstige Visualisierung
Als weitere autarke Teileinheit der Biogas-Anlage besteht das Blockheizkraftwerk zumeist aus I/O-Stationen sowie einer Steuerung und einem Display. Die aufgelaufenen Messdaten – wie die produzierte und an den Abnehmer weitergeleitete Energie – werden üblicherweise vom Betreiber abgelesen und in eine Kladde eingetragen. Das zeitaufwendige und zudem fehlerträchtige Dokumentieren und Kontrollieren der Abrechnungsdaten kann auch von der Steuerung übernommen werden. Die ILC 155 ETH erlaubt zu diesem Zweck eine direkte Kopplung an das Datenbank-Managementsystem über einen Funktionsbaustein, der der Datenbank die Ein- und Ausgabefelder zyklisch oder auf Anfrage im Rahmen einer bidirektionalen Kommunikation zur Verfügung stellt.

Datenbanken mit einem Volumen von mehreren Gigabyte, die das Datenaufkommen einer BHKW-Steuerung über Jahre speichern, können kostenlos aus dem Internet heruntergeladen werden. Die aufgezeichneten Informationen lassen sich außerdem per Mausklick in handelsübliche Office-Anwendungen kopieren. In alle Kleinsteuerungen des Automatisierungssystems ist ein Web-Server eingebaut, sodass die Daten der Anlage und der Teileinheiten parallel über die Visualisierungssoftware und eine frei projektierbare Web-Oberfläche abrufbar sind.

Die Web-Visualisierung, für die keine Lizenzkosten anfallen, eignet sich damit sowohl für den Anlagen-Hersteller als auch den -Betreiber. Die zur Anzeige erforderlichen Web-Panels sind in verschiedenen Display-Größen von 4 bis 15 Zoll erhältlich und haben standardmäßig eine Ethernet-Schnittstelle an Bord, über die sie mit dem Netzwerk verbunden werden. Die Geräte bauen dann selbstständig eine Kommunikation zu einer oder mehreren Steuerungen auf, wobei der Datenzugriff via OPC oder HTML erfolgt.

Sichere Fernwartung
Ein Zugriff auf die Biogas-Anlage ist aus den vorab beschriebenen Gründen nicht nur erwünscht, sondern unbedingt notwendig. Dabei darf es keine Rolle spielen, ob es sich um den neben der Einrichtung wohnenden Landwirt oder das abnehmende Energieversorgungsunternehmen (EVU) handelt. Der Zugriff muss sowohl lokal als auch aus der Ferne performant und sicher möglich sein. Das Automatisierungssystem bietet auch für diese Anforderung eine wirtschaftliche Lösung, indem die Anlage über das Internet und eine gesicherte VPN-Verbindung (Virtual Private Network) ferngewartet wird.

So spart der Hersteller Reisekosten, während sich für den Betreiber die Verfügbarkeit der Biogas-Anlage erhöht. Der Remote-Service wird vom Betreiber initiiert, der die VPNVerbindung per Visualisierung oder über einen Schlüsselschalter an der Sicherheitseinrichtung FL MGuard RS VPN freigibt. Viele Hersteller möchten keine eigene Fernwartungszentrale einrichten. In diesem Fall könnte ein Portal genutzt werden, mit dem sich Hersteller, Zulieferer und Betreiber verbinden.

Die Kosten für die Anmietung eines solchen Portals, das einen zeitgemäßen Anlagen-Zugriff mit unterschiedlichen Rechten ermöglicht, entsprechen in etwa den Gebühren für einen DSL-Anschluss. Insgesamt bleibt also festzustellen, dass das bewährte Automatisierungssystem für einfache Anwendungen von Phoenix Contact alle Funktionen einer Biogas-Anlage unterstützt – und das zu überschaubaren Kosten.

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Kleinsteuerungen für jeden Anwendungsfall Die Geräte des umfangreichen Steuerungs-Portfolios von Phoenix Contact stellen mindestens eine Ethernet-Schnittstelle zur Verfügung, über die sich viele der aus der Informations- und Kommunikationstechnik bekannten Protokolle abbilden lassen. In der unteren Leistungsklasse für kleine bis mittlere Steuerungsanforderungen umfasst das Produktspektrum derzeit fünf SPS:

  • ILC 130 ETH und ILC 150 ETH als Basisvariante, wobei beim ILC 130 ETH auf die Erweiterbarkeit durch einen Fernbus verzichtet wurde.
  • ILC 155 ETH mit einem größeren Speicher sowie einer Lizenz zur Verwendung der SQL-Bibliothek
  • ILC 150 GSM/GPRS mit eingebautem GSM-Modem zur Kommunikation über die bekannten Mobilfunknetze
  • ILC 170 ETH 2TX mit steckbarem Parametrierungsspeicher (256MBSD-Karte) sowie zwei Ethernet-Ports zur einfacheren Vernetzung

Phoenix Contact Electronics GmbH, www.phoenixcontact.com