System kontroli powodzi. Tama na równinie Machland

Równina zalewowa Dunaju, rozciągająca się między miastami Mauthausen i Grein, swoją słynną żyzność w dużej mierze zawdzięcza częstym powodziom. Plany zastosowania bardziej wszechstronnych środków kontroli powodzi istniały na długo przed dewastującą powodzią z 2002 r., w następstwie której całe wsie zostały zrównane z ziemią i przeniesione na wyżej położone tereny. Obecnie na terenie równiny zalewowej Machland stoi tama Machland Dam, która chroni ludzi i historyczne zabytki tego regionu.

System kontroli powodzi składa się z niemal 130 w pełni zautomatyzowanych pomp, śluz i stacji zasilania połączonych w sieć z pierścieniem redundantnym i zajmuje przestrzeń ponad 36 km. To największy projekt kontroli powodzi, jaki kiedykolwiek stworzono w Europie. Warta niemal 182 mln euro unikalna konstrukcja chroni obecnie około 22 000 ludzi przed potencjalnymi klęskami. To jedno z największych połączonych wewnętrznie rozwiązań automatyki w Europie Centralnej. Projekt został stworzony za pomocą systemów B&R przez firmę inżynierską Electro&Electronic Landsteiner, specjalizująca się w automatyce i mającą ogromne doświadczenie w dziedzinie inżynierii środowiska.

W pełni zautomatyzowana i dostępna

Na tamę Machland Dam, oprócz wałów ziemnych (o długości 29 km), murów ochronnych, w tym niektórych ruchomych (7 km) oraz kanału powodziowego (9 km), składają się jeszcze 32 struktury oporowe, które można zamknąć w razie potrzeby wypełnienia pozostałych szczelin. System 72 stacji pomp obejmuje 248 pomp, które w sumie mogą przetłoczyć 50 000 litrów wody na sekundę z otaczającego obszaru w miejsce zamknięte wałami. Struktura ta jest zasilana przez 24 stacje, które mogą dostarczyć do 8,8 MW mocy. Standardowo pracujące jako stacje transformatorowe, są również wyposażone w generatory spalinowe na wypadek przerwy w dostawie prądu.

W sytuacji awaryjnej systemy te muszą włączyć się w pełni automatycznie i z absolutną niezawodnością, dlatego wprowadzono wspólny standard dla wszystkich pomp i stworzono projekt gwarantujący wyjątkowy poziom bezpieczeństwa. Wysokie wymagania postawiono również przed technologią sterowania tym systemem.

Monumentalny projekt z dziedziny automatyki

Podobnie jak wszystkie projekty opłacane z funduszy publicznych, kontrakty na budowę tamy Machland Dam były przyznawane w drodze przetargu zorganizowanego w całej Unii Europejskiej. Kontrakt na oprzyrządowanie i sterowanie dla wszystkich ośmiu segmentów tamy został przyznany firmie Electro&Electronic Landsteiner jako część wspólnej oferty, z którą wystąpiła grupa firm zajmujących się też inżynierią mechaniczną i budową hydrauliki stalowej.

Redundantna rozproszona inteligencja

Sterownia centralna znajduje się w siedzibie firmy obsługującej tamę. Z tego miejsca każdy segment systemu ma bezpieczne redundantne połączenie VPN z siecią telekomunikacyjną. W przypadku, gdyby obie linie uległy awarii, można też przełączyć się na połączenie bezprzewodowe. Poszczególne stacje w każdym z segmentów są połączone za pomocą światłowodów.

Sterowniki wzdłuż całej tamy komunikują się z odpowiadającymi im sterownikami w sterowni centralnej i obsługują wymianę danych między poszczególnymi segmentami oraz serwerami redundantnymi komputera głównego. Zlokalizowany w Machland system aktywnej kontroli powodzi jest więc pojedynczym układem obejmującym niemal 130 sterowników połączonych w prężną, redundantną sieć pierścieniową.

Sterowanie rozproszone

Lokalne stacje sterowania mają własne wyzwania, z którymi muszą się zmierzyć. Ponad 10 kanałów I/O monitoruje i porównuje pomiary z czujników redundantnych. Czujniki te sprawdzają poziom wody w Dunaju i jego dopływach, pozycje śluz, status pomp, a także sygnały alarmowe i rezerwy paliwowe generatorów awaryjnych. Kontrolują również różne wyświetlacze. Pętla kontroli poziomu dużej mocy również obsługuje lokalne sterowniki. Instrumenty mierzące moc na każdej ze stacji oraz napędy pomp i śluz są połączone za pomocą Profibus, natomiast komunikacja z nadzorem poziomu wody zachodzi za pomocą TCP/IP. Sprzęt sterujący jest zamontowany bezpośrednio na każdej śluzie, pompie lub stacji zasilającej – niektóre z nich znajdują się w budynkach, natomiast inne potrzebują szafek sterowniczych przystosowanych do pracy na zewnątrz budynku.

Główne kryteria wyboru komponentów systemu obejmowały kompaktową, wytrzymałą konstrukcję oraz – uwzględniając potencjał potrzebny do ich obsługi za pomocą generatora awaryjnego – niski pobór mocy. Specjaliści ds. automatyki z firmy B&R dobrali sterowniki PLC i moduły I/O ze swojej kompaktowej serii X20 sterowania rozproszonego, a także panele operatorskie ze sterownikiem Power Panel 45 z ekranem dotykowym o przekątnej 5,7” w celu umożliwienia lokalnego monitorowania i obsługi tych urządzeń.

Zaawansowana technologia i wsparcie

Firma Landsteiner od wielu lat wykorzystuje wyłącznie systemy automatyki i komponenty B&R. – Różnorodny system X20 jest nie tylko bardzo kompaktowy i nadzwyczaj mocny, ale ma również stosunek ceny do wydajności niemal nie do pobicia – wyjaśnia Franz Reisinger, kierownik Działu Sterowania Maszynami i Procesami w firmie Landsteiner. 
– Środowisko Automation Studio zbiera razem wszystkie narzędzia, jakich potrzebujemy, by zaprojektować i przetestować całe rozwiązanie: sterowniki, HMI, komunikację – wszystko w jednym, zintegrowanym zespole.

Firma obsługująca zaporę, MDB Machland-Damm Betriebs GmbH, podkreśla również inne zalety rozwiązania B&R. – Potrzebujemy tego systemu, by pracować niezawodnie przez wiele dziesięcioleci – mówi Anton Wahlmüller, dyrektor generalny firmy. – Dlatego ważne jest, że możemy polegać na długoterminowej dostępności urządzeń i komponentów B&R, a także na ich słynnym wsparciu lokalnym.

Automatyka, która nie wyjdzie z użycia

Aby zapobiec nieprzyjemnym niespodziankom w czasie konserwacji lub rozszerzania aplikacji, B&R zapewnia bezprecedensową kompatybilność. – W czasie projektowania nie musimy już martwić się, na jakim CPU ten program będzie „chodził”, a na pytanie, jakie kanały będą wykorzystywane do komunikacji, nie trzeba odpowiadać już w czasie programowania. Jest to po prostu kwestia konfigurowania odpowiednich kontrolerów sieci – podkreśla Franz Reisinger.

We współpracy z B&R firma Landsteiner stworzyła pojedynczy program zawierający wszystkie funkcje techniczne dla stacji pomp i śluz. Sterowniki automatycznie pobierają potrzebne im parametry specyficzne dla danej stacji. Nowe lub zmodyfikowane funkcje są programowane i testowane w Landsteiner, a następnie wysyłane do systemu kontroli powodzi za pomocą zdalnej transmisji danych. Możliwość opracowania niezależnych modułów pozwala dołączać modyfikacje bez żadnych zakłóceń. Można je dodawać do istniejących systemów bez potrzeby rewalidacji wszystkich innych komponentów.

Oprogramowanie tamy Machland Dam, w tym wszystkie sterowniki, HMI i systemy komunikacji, są projektowane i testowane w Amstetten za pomocą środowiska technologicznego Automation Studio, a następnie dostarczane do miejsca przeznaczenia za pomocą zdalnej transmisji danych. Ponieważ oprogramowanie można z łatwością przenosić na każdy inny PLC firmy B&R, tama 
Machland Dam ma zapewnioną odpowiednią zmianę sprzętu, wraz z pojawianiem się kolejnych generacji sterowników. – Kiedy zaczyna podnosić się poziom rzek stanowiących dopływy 
Dunaju, to samo dzieje się z naszym ciśnieniem krwi. Jednak kiedy w 2013 r. znowu zdarzyła się poważna powódź, największy na świecie połączony wewnętrznie system X20 dał imponujący pokaz swoich możliwości i sprostał zadaniu – podsumowuje Anton Wahlmüller.

B&R AUTOMATYKA PRZEMYSŁOWA Sp. z o.o.

ul. Strzeszyńska 33, 60-479 Poznań
tel. 61 84 60 500
e-mail: office.pl@br-automation.com